文档介绍：桥梁结构的损伤现代检测与评估
关键词：检测与评估损伤

近年来,随着交通事业的发展,桥梁的重要性与日俱增,但随着汽车交通量增大、
重车交通增加及桥梁所处环境受人为外力及自然灾害的影响,使得现役桥梁劣化
程度比较严重。集技术。在结构
损伤检测研究与实践中,传感器是个研究重点。大型桥梁结构监测系统,一般包
括多种类型和众多数目的传感器,如香港青马大桥上设立的永久性健康监测系统,
包括 700 多个风速仪、加速度仪、应变仪、位移仪、温度仪、水平仪、车载车
速仪。众多的传感器形成了传感器群,从而带来了传感器优化布置方面的研究。
结构中传感器的数量和位置对模型参数估计的质量和偏差有重要影响,然而,获
得结构完整的模态数据对于桥梁这样的大型结构是不可能的,测量只能得到所有
自由度中的一部分模态,而且,这一过程不可避免的会引入误差和导致损伤检测
难度加大。因此,在考虑成本代价的影响下,确定传感器的类型、数量、位置等布置的最优化或接近最优化,以从有限数量的传感器系统中实现信息的最优采集
是损伤检测的首要关键环节。目前已经提出了一些优化算法,如 MAC 矩阵非对角
元最小化准则、遗传算法等。清华大学土木系采用广义遗传算法对香港青马大
桥传感器群最优布点进行了优化设计（1997）,经过实践检验证明该算法是可行
的,并且可以获得全局最优化或接近最优化。

2）桥梁损伤识别方法

a 动力指纹法

动力指纹法是通过分析与结构动力特性相关的动力指纹的变化来判断结构的
真实状况。通常用到的动力指纹有:频率、振型、模态曲率、应变模态、传递函
数、功率谱、模态保证准则（MAC）、坐标模态保证准则（COMAC）、能量传递
比（ETR）等。使用单一测试动力特征的方法有频率比法、振型差法、应变模态
法、曲率模态法等;使用多个测试动力特征的方法有柔度差阵、刚度差阵、均载
变形-曲率法、能量损伤指纹、能量商差指纹等;使用其它测试响应的方法如
FRF 波形指纹法,包括 WCC、ATM、SAC 等几个指针。大量的模型和实际结构试验
表明:结构频率实测较准,但它对局部损伤不敏感;振型尤其是较高阶振型对局部
刚度变化很敏感,但却很难精确测量。MAC、COMAC 等依赖于振型的动力指纹都
存在类似的问题,而模态曲率、应变模态则在低幅值振动测试中变化量级过小而
难以起到有效的判别作用。某些指标如 ETR、单元模态应变能可以较有效的确
定损伤位置或发展,然而这些指标对噪声比较敏感,容易湮没于噪声中。目前已
有的研究表明,动力指纹法对实验室内的简单模型结构而言是成功的,应用于实
际的结构上结果还不太理想。可以说,到目前为止,动力参数法对结构损伤识别
的能力仍然十分有限。动力指纹法的成功应用或许需要依赖于寻找新的综合性
损伤指标及试验技术的发展。

b 模型修正法

模型修正法主要利用直接或间接测得的资料通过条件优化约束,不断的修正结
构模型的刚度分布,从而得到结构刚度变化的信息,实现结构的损伤判别与定
位。用于无损评估的有限元模型修正方法包括模态柔度法、最优矩阵修正法、