斜拉橋損傷識別時柔度差法的運用

劉銳

摘 ?要：隨著城市建設(shè)的逐步發(fā)展，橋梁損傷識別越來越得到重視。不管是提前預(yù)警還是災(zāi)后評估，通過數(shù)據(jù)分析人們能夠了解結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀服役情況，對橋梁進(jìn)行損傷識別，并進(jìn)行加固或者維護(hù)等一系列的工作。柔度差法是結(jié)構(gòu)損傷識別方法之一，它能充分地識別出橋梁的損傷，因此是實橋監(jiān)測的重要手段。

關(guān)鍵詞：斜拉橋;柔度差法;損傷識別+

1 理論支持

橋梁損傷識別中一般來講存在著靜力參數(shù)識別法、動力參數(shù)識別法和基于智能算法的識別方法。柔度差法是根據(jù)結(jié)構(gòu)柔度矩陣的差值來進(jìn)行的損傷識別方法，也是動力參數(shù)識別法中常見的一種方法。我們根據(jù)損傷前后的兩個差值柔度矩陣，求出其各列中的最大元素，這樣就可以找出損傷的位置。

通過大量的文獻(xiàn)資料，我們可以清楚地知道：柔度矩陣與頻率平方成反比，對角元素對結(jié)構(gòu)的剛度變化是比較敏感。損傷指標(biāo)由柔度矩陣對角元素的變化來得出，并通過該指標(biāo)來識別結(jié)構(gòu)中可能發(fā)生的損傷，即：

（1）

因此我們只需得到Diag（△Γ），即能夠?qū)Y(jié)構(gòu)損傷進(jìn)行識別。

2 實橋損傷識別

工程實例為某斜拉橋，該橋為雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土半漂浮體系。斜拉橋全長853米，主跨450米。主橋采用縱向彈性半漂浮體系。文章運用MIDASCIVIL軟件對實橋進(jìn)行模擬，并且假想斜拉橋主梁三種損傷情況進(jìn)行損傷識別及分析。（圖1）

通過有限元分析，我們選取斜拉橋的前6階振型，綜合進(jìn)行結(jié)構(gòu)的損傷識別研究。

一般大型橋梁，我們設(shè)置的監(jiān)測點是有限的，所以能測到的模態(tài)參數(shù)是十分有限的，我們通過前面有限元分析得出的動力特性來獲得柔度矩陣，并進(jìn)一步對結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷識別。

情況一：斜拉橋一處損傷，單側(cè)邊跨跨中減小剛度25%，根據(jù)動力特性分析。

情況二：斜拉橋一處損傷，主跨跨中分別減小15%、25%和50%不同剛度，根據(jù)橋梁不同損傷情況分析。

情況三：斜拉橋三處損傷，邊跨跨中和中跨跨中都減小剛度25%，根據(jù)動力特性分析。

2.1 情況一

根據(jù)斜拉橋前六階振型分別計算了其所對應(yīng)的柔度差，結(jié)果如圖2所示。

由圖2我們知道，當(dāng)單側(cè)邊跨跨中剛度下降25%時，第一、四階振型對應(yīng)的柔度差值矩陣對結(jié)構(gòu)損傷位置的識別效果比較理想，而第六階振型對應(yīng)的柔度差值矩陣的識別效果不理想。我們分析，對于邊跨跨中位置，第一、四階振型對應(yīng)的振幅較大，而第六階對應(yīng)振幅較小，所以才會出現(xiàn)低階振型損傷識別效果較理想，高階振型則不太理想，然而我們實際橋梁監(jiān)測時，對于斜拉橋低階振型的測試是十分方便的，這無疑對工程實際是十分有利的。

2.2 情況二

由情況一我們知道低階振型的損傷識別效果較理想，所以我們選取第2階的模態(tài)來對斜拉橋主跨跨中位置發(fā)生不同程度的損傷進(jìn)行識別和分析。圖3給出了識別結(jié)果。

從圖3中可以看出，根據(jù)第2階振型計算的柔度差曲線，最高點明顯出現(xiàn)在斜拉橋主跨跨中位置，柔度差法對橋梁損傷位置的識別是比較理想的。

2.3 情況三

斜拉橋服役時間過長，多處位置都可能發(fā)生損傷，情況相對復(fù)雜，所以我們也研究實橋多處發(fā)生相同程度損傷的識別情況。

由圖4我們可知，斜拉橋主梁多個位置發(fā)生25%損傷時，柔度差指標(biāo)對損傷位置識別比較準(zhǔn)確，而且對損傷程度效果良好，但中跨四分之一位置也出現(xiàn)了較大峰值，對識別結(jié)果有一定的干擾，我們實際分析時應(yīng)對四分之一位置進(jìn)行再次識別，排除干擾。

3 結(jié)束語

通過計算和分析，我們得知柔度差法在不考慮測試誤差的情況下，對斜拉橋的不同位置和不同程度的損傷識別都比較理想，但當(dāng)損傷位置較多時，周邊位置由于損傷位置的影響也出現(xiàn)了損傷的假象，對識別結(jié)果存在有一定的干擾。同時柔度差法也必須需要實橋的精細(xì)有限元模型和準(zhǔn)確的實際橋梁低階振型測試結(jié)果。

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