桥梁病害损伤诊断

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1、基于环境激励的桥梁结构模态参数识别研究现状摘要：模态参数识别在桥梁健康监测中占有重要的作用。本文着重介绍了基于环境激励的桥梁结构模态参数识别的发展和研究现状，并按识别信号域的分类的几种研究方法，通过刈・比列出了各种方法在模态参数识别中的理论和优缺点0字:环境激励模态参数识别桥梁结构时域识别方法、频域识别方法引言伴随人类文明的发展和科学技术水半的提高，人类对自然界进行着前所未有的改造。工业的发展，人类生存的需要，使各种大型桥梁结构不断地涌现。桥梁结构的复杂化，大型化己成为一种发展趋势，大跨度的桥梁

2、的建造使结构健康监测技术的重耍性和必要性被人们所认识。这是由于大型桥梁结构使用期长，在其服役期内不可避免地受到环境腐蚀、材料老化、荷载的长期效应等因素的影响，使其工作能力受到限制。一旦这些结构失去工作的能力，将给人们带来巨大的损失，其后果不堪设想。所以就要对桥梁结构进行服役期内的长期监测，及时诊断其遇到的问题，为人类减少灾害。这些都要由结构的监测技术来完成。对桥梁结构进行模态参数识别是结构健康监测的重要组成部分。对各种大型的桥梁结构进行分析及主被动控制，都必须确定结构的参数（刚度、质量、阻尼等）

3、。如何确定这些参数要归结于参数识别技术。这--技术最早应用于航空航天领域，现已广泛应用于汽车、船舶、机械和土木等各领域。但桥梁结构与其它领域相比有其自身的特点，桥梁结构体型巨大，结构的自由度接近于无限，土和结构存在相互作用，无法定量确定阻尼耗能机制，以及结构振动耦合造成的结构本身动力特性极其复杂，所以一些应用于其它领域的识别方法无法在桥梁结构屮应用。因此，如何对桥梁结构进行参数识别具有重要的意义。而II也越来越成为一个国内外研究的热点和难点。一、模态参数识别的现状系统或参数识别是指按照一定准则r

4、tr测试数据建立系统数学模型的方法，这一基本概念最早来源于60年代的控制工程领域。在结构动力学研究领域中，模态参数识别是最为关键和根本的，它不仅在结构动态特性设计屮起着至关重要的作用，也是识別结构系统很多其他参数的先决条件，模态参数识别与有限元分析技术一起成为解决现代复杂结构动力学问题的两大支柱。在桥梁健康监测过程中,结构振动的模态参数识别问题十分重要。由于结构的内部损伤必然导致结构动力特性的变化，例如结构的振动频率、阻尼和振世的变化，所以结构的模态参数（固有频率、阻尼和振型）的变化能够被用来识

5、别结构内部损伤。因此，识别出结构的模态参数，将为有限元模熨修正、结构损伤检测、结构控制和结构实时监测提供可靠的依据。结构振动的模态参数识别是模态分析的主要内容之一。其识别方法一般分为传统的模态参数识别方法和环境激励下的模态参数识別方法。传统的模态参数识別方法是基于实验室条件下的频率响应函数进行的参数识别方法，它要求同时测得结构的激励和响应信号，该方法己经在大型桥梁、汽车工业、机床、水利发电机组、电梯等儿乎所有和结构动态分析有关的领域中得到了广泛的应用。但传统的模态参数识别方法存在不少的局限性，例

6、如人工激励成本高、安全性差、激振信号难以实施和测定。然而，环境激励(Ambientexcitation)是一种天然的激励方式，环境激励下结构的模态参数识别就是直接利用自然环境激励，无须贵重的激励设备，只须根据系统的响应信号进行模态参数识别的方法。其与传统的模态参数识别方法相比，具有显著的优点：2、便捷迅速，经济性强。由于不需要对结构施加人工激励，节省了激励设备的安装、调试等费用,仅需直接测取结构在地震波(或地脉动)、风载或交通等环境激励下的响应信号就可以识别出结构的模态参数。2、安全性好。人工激

7、励只能对结构的局部实施，有可能对结构造成损伤，激励的能量越大，出现损伤的可能性越大。而环境激励能够在不损伤结构的情况下对结构进行模态参数识别。3、不影响结构的正常工作。传统方法在进行实验时,为了实施人工激励、减少干扰,需要屮断结构的正常使用。而环境激励下结构的模态参数识别方法仅须测得结构响应信号，则不会影响结构的正常运行。4、环境激励下模态参数识别方法是真正的多输入识别方法，直接从这些结构正常工作中的响应数据识别出的模态参数比传统方法的更符合边界条件和实际情况。自然环境振动条件下结构动力响应测试

8、数据,具有幅值小、随机性强和数据量巨大的特点，给结构系统的识别带来很大的难度,也是一种挑战，需要应用一些特殊的系统辨识和模态参数识别技术，这成为土木工程结构系统辨识十分活跃的研究课题。二、国内外的研究现状国外基于环境激励的工程结构模态参数识别的研究，可以追溯到20世纪60代,Clarkson.B.L等运用相关函数对随机激励下小阻尼结构的响应进行了分析研究,CrawfordR等采用环境激励研究了的楼房振动频率，等等。在以后的几十年内，环境激励法取得了长足的进展，一系列的识别方法被提出并在工程实际中