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基于挠度差值影响线的简支梁桥损伤识别研究
摘要
本研究针对桥梁损伤识别的现状和难点，发掘自由振动挠度特性与损伤的相关性，打破传统基于模型参数的缺陷诊断思路，提出基于挠度差值的影响线方法，应用于简支梁桥损伤识别。该方法通过理论分析和数值模拟，得出挠度差值与损伤大小和位置存在强烈的相关性，构建影响线模型并进行了实测数据验证，结果表明该方法能够有效鉴别桥梁的局部损伤，并能够准确估计损伤的大小和位置。该研究为桥梁损伤诊断提供了一种新思路和实践基础，具有重要的理论和应用价值。
关键词：桥梁损伤诊断，自由振动，挠度特性，影响线
Abstract
Thisstudyexploresthecorrelationbetweenfreevibrationdeflectioncharacteristicsanddamage,breaksthroughthetraditionaldiagnosticapproachbasedonmodelparameters,andproposesaninfluencelinemethodbasedondeflectiondifferencefordamageidentificationofsimplysupportedbeambridges.Throughtheoreticalanalysisandnumericalsimulation,thismethoddeterminesthatthereisastrongcorrelationbetweendeflectiondifferenceandthesizeandlocationofdamage.Theinfluencelinemodelisestablishedandtestedwithactualdata,andtheresultsshowthatthismethodcaneffectivelydistinguishlocaldamageofbridgesandaccuratelyestimatethesizeandlocationofdamage.Thisstudyprovidesanewapproachandpracticalbasisforbridgedamagediagnosisandhasimportanttheoreticalandpracticalvalue.
Keywords:Bridgedamagediagnosis,freevibration,deflectioncharacteristics,influenceline
1.引言
桥梁作为交通、军事等重要领域的基础设施，承担着连接交通、沟通能源、建设国防等重要的社会职能。然而，长期受到日晒雨淋、污染腐蚀等外界因素影响，桥梁结构的损伤和劣化问题凸显出来。据统计，全球范围内超过50%的桥梁处于不同程度的损伤状态，因此对桥梁的损伤诊断与评估成为了一个非常关键的问题。
桥梁损伤诊断旨在通过发掘桥梁结构的特殊性质和物理特性，确定局部损伤的数量、位置和性质，并进一步评估桥梁结构的安全状态。传统的桥梁损伤诊断方法需要依靠专业领域的工程师以及复杂的理论模型来进行，其缺点是往往需要大量的时间和费用，并且具有一定的局限性和困难。因此，如何对桥梁的损伤识别和评估提出一种快速、可靠、准确的方法成为当前的研究热点之一。
本研究旨在提出一种新的损伤识别方法，并应用于简支梁桥的损伤诊断。我们通过挖掘桥梁在自由振动状态下的挠度特性，建立桥梁的影响线模型，并应用该模型进行桥梁损伤分析和诊断。该方法具有理论基础严谨，计算简便，精度高等特点，能够实现对桥梁局部损伤的实时诊断和评估，深化了桥梁损伤诊断方法的理论研究和实践应用。
2.桥梁自由振动概述
桥梁振动概念最常用的一种振动状态是自由振动，即当桥梁没有外力作用下的自然振动状态。桥梁在自由振动状态下，其振动的特性与桥梁的结构、材料及支撑条件、及桥梁的质量、刚度等因素有关。因此，振动特性变化丰富多样，常见的有振动频率、振动模态、振动位移、振动速度、振动加速度等指标，其中振动频率和振动模态是损伤识别常用的指标。
3.基于挠度差值的影响线损伤识别方法
在自由振动状态下，桥梁的挠度特性受到损伤的影响，因此可以通过桥梁在自由振动状态下的响应特征来探测局部损伤。基于这一思路，本文提出一种损伤识别方法，即基于挠度差值的影响线方法。方法的核心是筛选合适的挠度差值指标，挖掘与这些指标相关的影响线信息，并建立与影响线相关的模型实现局部损伤的分析和诊断。
3.1筛选挠度差值指标
在桥梁自由振动状态下，任何一对振动模态之间都存在着振动特性的差异。因此，由于局部损伤而引起的小幅度变化可以通过振动模态之间的振动特征量来取得。本研究中，我们选取桥梁中任意两个非邻近振动模态，将两模态的挠度差作为反映桥梁局部损伤