【摘 要】
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目前,结构健康监测研究领域仍存在基于结构柔度矩阵衍生的损伤指标对传感器依赖性强,基于影响线衍生的损伤指标鲁棒性较差等研究难点问题。如何快速、精准识别大跨度桥梁结构损伤位置及程度,已逐渐成为国内外学者研究热点。本文“基于广义影响线信息融合的大跨度桥梁损伤识别方法研究”展开研究,在有限元大跨度桥梁模型中提取结构振型与频率,构造柔度曲率差变化率指标;同时运用准静态影响线加载模式,提取并建立桥梁结构位移、
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目前,结构健康监测研究领域仍存在基于结构柔度矩阵衍生的损伤指标对传感器依赖性强,基于影响线衍生的损伤指标鲁棒性较差等研究难点问题。如何快速、精准识别大跨度桥梁结构损伤位置及程度,已逐渐成为国内外学者研究热点。本文“基于广义影响线信息融合的大跨度桥梁损伤识别方法研究”展开研究,在有限元大跨度桥梁模型中提取结构振型与频率,构造柔度曲率差变化率指标;同时运用准静态影响线加载模式,提取并建立桥梁结构位移、应力影响线差值曲率指标;基于Dempster-Shafer证据理论提出融合柔度曲率差变化率指标和位移、应力影响线差值曲率指标的方法,并构建基本概率分配函数;基于信息熵理论进一步提高影响线差值曲率指标对损伤的敏感性,构建广义影响线信息熵指标,通过Dempster-Shafer证据理论,构造广义影响线熵融合指标。基于本文研究内容,主要得到以下研究成果:（1）基于柔度矩阵理论,构造柔度曲率差变化率指标,采用MIDAS/Civil建立大跨度悬索桥空间有限元模型,并模拟吊杆、加劲梁构件不同损伤位置及程度对所构造指标进行方法验证。当大跨度悬索桥结构出现单点损伤以及多点损伤时,柔度曲率差变化率指标均能较好定位损伤位置以及定量损伤程度。该指标对结构较低损伤程度表现出较好的敏感性。两种构件同时损伤时,通过对比分析可知,柔度曲率差变化率指标对吊杆的损伤比加劲梁的损伤更为敏感。（2）采用MIDAS/Civil建立大跨度悬索桥空间有限元模型,通过提取结构影响线并构造影响线差值曲率,对模型中纵向下弦杆、斜腹杆和吊杆的不同损伤位置与程度进行识别敏感性研究。位移、应力影响线差值曲率指标均可以仅通过一个传感器实现悬索桥结构损伤定位与定量,应力影响线差值曲率指标对悬索桥纵向下弦杆单点和多点损伤识别效果均较好,位移影响线差值曲率指标对纵向下弦杆和纵向斜腹杆损伤识别效果显著。在同一损伤程度下,损伤识别敏感性与测点到损伤处距离成反比。（3）基于Dempster-Shafer证据理论,提出融合柔度曲率差变化率指标和影响线差值曲率指标的方法,通过建立大跨度悬索桥模型对融合后指标方法验证。基于Dempster-Shafer证据理论得到的多源信息融合方法能优化绝大部分单一损伤识别指标得到的识别结果。所提多源信息融合方法与模式在算例噪声达5%时仍具有良好的抗噪性,有效提高了单一数据受周围环境影响而导致对指标损伤识别结果的容错性,进而提高指标损伤识别结果的准确性。（4）基于信息熵理论,结合结构影响线与Dempster-Shafer证据理论,构造广义影响线熵融合指标,采用MIDAS/Civil建立大跨度钢桁拱桥空间有限元模型,模拟不同损伤工况,并对该指标进行方法验证。所提广义影响线熵融合指标,对比影响线熵指标,方法新颖,损伤识别效果可靠。该指标可精确定位大跨度钢桁拱桥结构的单点、两点损伤位置,且具有良好的抗误差能力,但误差水平达到10%时,此指标抗误差能力有所减弱。研究成果可结合影响线类指标依赖少量测点与柔度指标对微小损伤敏感的各自优点,为大跨度桥梁损伤状况快速识别及其结构健康状况精准监测提供理论支撑与方法借鉴。图:[43];表:[13];参:[72]
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