基於多模型方法的橋樑結構識別研究

《基於多模型方法的橋樑結構識別研究》是依託湖南大學，由周雲擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於多模型方法的橋樑結構識別研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：周雲
• 依託單位：湖南大學

中文摘要

如何科學地評估服役橋樑結構的性能是工程領域遇到的難題之一，而基於橋樑靜動力實驗基礎上的結構識別是解決這個難題的最好的途徑。由於傳統的單模型結構識別理論在面臨多種誤差來源時存在著局限性，成功的橋樑結構識別例子不多且套用前景並不為橋樑管理部門所看好。本研究將在分析結構識別中誤差來源的基礎上用多模型的方法進行橋樑結構識別研究，用來探索提高橋樑結構性能評估及決策的可靠性問題。本項目主要研究內容包括，基於橋樑模型碎片庫的互動式編程的建模研究，基於最大熵原理的多模型結構感測器最優布設方法，基於數據挖掘技術的多模型分類和甄選，以及基於貝葉斯統計理論的多模型結構反應預測。構造的科學問題是通過融合建模、感測器最佳化布置、數據挖掘和貝葉斯統計方法，利用多模型結構識別方法科學地評估橋樑性能並提供決策支持。該研究對闡明多模型結構識別原理和提高結構識別的可靠性有著重要意義。

結題摘要

由於傳統的單模型結構識別理論在面臨多種誤差來源時存在著局限性，本研究將在分析結構識別中誤差來源的基礎上用多模型的方法進行橋樑結構識別研究，用來探索提高橋樑結構性能評估及決策的可靠性問題。為深入研究該問題，對一系列實驗室和工程實際結構進行了測試和理論分析， (1) 對一根鋼筋混凝土簡支梁進行了一系列靜動力試驗，模態柔度能綜合全面地反映鋼筋混凝土簡支梁的損傷位置和損傷程度。 鋼筋混凝土簡支梁的邊界條件對模態參數影響大，基於Strand7 API-Matlab互動訪問修正不同損傷工況簡支梁的物理參數，獲得鋼筋混凝土簡支梁的剛度梯形退化曲線。 (2) 對一根鋼筋混凝土連續梁進行了靜動力測試，選取混凝土的彈性模量和密度、中間支座剛度及端部支座剛度4個模型碎片建立了10000個有限元模型，研究模型碎片的靈敏度和位移測點熵值排序，並運用靜力位移和模態頻率進行基於誤差閾值的多模型甄選。 (3) 設計一組空框架、粘土磚框架和填充牆框架的對比試驗，分別研究填充牆的附加質量和附加剛度對鋼筋混凝土框架模態參數的影響。 (4) 對一座實驗室鋼-混凝土組合板進行脈衝錘擊測試實驗。設計了三種損傷工況，通過對比結構損傷前後的模態柔度位移信息，成功實現了組合板的損傷識別。然後，通過靜力載入造成試驗板的靜力損傷，利用模態柔度方法成功地識別出靜力損傷的位置和損傷程度。並基於Strand7有限元軟體和Matlab應用程式的API互動訪問技術對鋼-混凝土組合板結構進行有限元模型修正。 (5) 對廣西來賓市高層建築進行動力測試。三種隨機振動信號分析方法被用來進行工作模態分析，獲得高層建築的前12階模態參數。 在Sap2000中建立使用斜撐和殼體來考慮填充牆剛度的兩種模型，並使用動力測試數據進行修正，然後進行振型反應分解譜分析並與PKPM模型的計算結果進行對比，來探討現行規範中周期折減係數的合理性。 (6) 對拱橋結構來華大橋進行了隨機振動試驗，對橋面板和拱肋進行了隨機激勵測試。通過頻域CMIF方法和隨機子空間的SSI方法對模態參數進行了識別。建立橋樑三維有限元模型，並對有限元模型參數進行修正來減小理論和試驗之間的差值。最終對橋樑進行靜載試驗來比較模型校驗前後差別。