基于信息融合理論的弧形閘門損傷識別方法

摘要：針對弧形閘門結構對稱位置多損傷識別問題，無論是基于柔度靈敏度的損傷識別方法，還是基于應變變化率的損傷識別方法，對于結構損傷的識別效果均不理想，容易造成單元誤判和損傷程度識別偏差較大的問題。采用信息融合技術，基于D-S證據理論和Bayes定理，將柔度靈敏度法和應變變化率法的損傷識別結果進行融合。仿真結果表明：兩種方法融合后的識別結果相差不大，與單一動靜力損傷識別方法相比，基于信息融合的損傷識別方法能夠有效提高識別的準確性，在水工結構損傷識別領域有較好的應用前景。

關鍵詞：損傷識別；信息融合；弧形閘門；D-S證據理論；Bayes定理

近年來，高壩泄水建筑物的安全問題在水利工程界受到廣泛關注，諸如閘門這類輕薄型水工泄流結構，服役過程中長期受到高速水動力荷載作用，極易引起支臂振動，出現疲勞損傷，誘發閘門失事，嚴重的甚至影響大壩的安全。

國內外眾多學者利用結構的動力測試信息對閘門結構進行損傷識別。Mostafiz等研究了閘門的動力特性；尹濤提出了一種基于信賴域算法的損傷識別方法，弧形閘門結構數值仿真和模型試驗結果均證明該方法能較好地識別結構損傷；李火坤等在不考慮弧形閘門結構對稱損傷前提下，以結構正則化頻率變化率作為損傷指標，實現了結構損傷的定位識別；張宇馳將弧形閘門結構柔度靈敏度作為損傷指標，較為準確地識別出損傷單元，避免了對稱單元誤判的產生，但在對稱位置多單元損傷工況下，會產生支鉸單元的誤判。以上多數損傷識別方法只有在某些特定條件下能夠較好地實現結構的損傷識別，但在一些多損傷識別問題上往往出現損傷單元誤判等現象。因此，單一動力損傷特征量難以達到全面識別閘門結構損傷的目的。

目前，現有大型水工結構都具有完備的健康監測系統，如測量局部靜態信息（應變、滲壓等）的監測儀器、測量整體動態信息（加速度、位移）的傳感器。基于多源信息融合技術，充分利用結構靜態和動態信息，獲得對同一損傷的一致性描述，實現對水工泄流結構實際健康狀態的評估。現有信息融合算法繁多，不同融合算法對于結構損傷敏感程度往往差異較大，不同算法的適用條件也有所不同。其中D-S證據理論和Bayes定理兩種融合算法應用最為普遍。為此，本文簡要介紹了D-S證據理論和Bayes定理兩種信息融合損傷識別方法的基本原理，結合弧形閘門結構數值算例，將柔度靈敏度法和應變變化率法的識別結果進行融合，對比分析不同損傷識別方法的識別效果。