斜拉橋損傷識別時柔度差法的運用

劉銳

摘 ?要：隨著城市建設的逐步發展，橋梁損傷識別越來越得到重視。不管是提前預警還是災后評估，通過數據分析人們能夠了解結構的現狀服役情況，對橋梁進行損傷識別，并進行加固或者維護等一系列的工作。柔度差法是結構損傷識別方法之一，它能充分地識別出橋梁的損傷，因此是實橋監測的重要手段。

關鍵詞：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識別法、動力參數識別法和基于智能算法的識別方法。柔度差法是根據結構柔度矩陣的差值來進行的損傷識別方法，也是動力參數識別法中常見的一種方法。我們根據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，對角元素對結構的剛度變化是比較敏感。損傷指標由柔度矩陣對角元素的變化來得出，并通過該指標來識別結構中可能發生的損傷，即：

（1）

因此我們只需得到Diag（△Γ），即能夠對結構損傷進行識別。

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應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軟件對實橋進行模擬，并且假想斜拉橋主梁三種損傷情況進行損傷識別及分析。（圖1）

通過有限元分析，我們選取斜拉橋的前6階振型，綜合進行結構的損傷識別研究。

一般大型橋梁，我們設置的監測點是有限的，所以能測到的模態參數是十分有限的，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，并進一步對結構進行損傷識別。

情況一：斜拉橋一處損傷，單側邊跨跨中減小剛度25%，根據動力特性分析。

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%，根據動力特性分析。

2.1 情況一

根據斜拉橋前六階振型分別計算了其所對應的柔度差，結果如圖2所示。

由圖2我們知道，當單側邊跨跨中剛度下降25%時，第一、四階振型對應的柔度差值矩陣對結構損傷位置的識別效果比較理想，而第六階振型對應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、四階振型對應的振幅較大，而第六階對應振幅較小，所以才會出現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階的模態來對斜拉橋主跨跨中位置發生不同程度的損傷進行識別和分析。圖3給出了識別結果。

從圖3中可以看出，根據第2階振型計算的柔度差曲線，最高點明顯出現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，多處位置都可能發生損傷，情況相對復雜，所以我們也研究實橋多處發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生25%損傷時，柔度差指標對損傷位置識別比較準確，而且對損傷程度效果良好，但中跨四分之一位置也出現了較大峰值，對識別結果有一定的干擾，我們實際分析時應對四分之一位置進行再次識別，排除干擾。

3 結束語

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，但當損傷位置較多時，周邊位置由于損傷位置的影響也出現了損傷的假象，對識別結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有限元模型和準確的實際橋梁低階振型測試結果。

參考文獻

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