[发明专利]一种桥梁抗弯刚度识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁结构的健康诊断与健康监测技术领域，具体是涉及一种桥梁抗弯刚度识别方法。

背景技术

如今，服役桥梁结构的安全监控和健康诊断越来越引起工程界高度关注，特别是高速铁路、高速公路、跨江、跨海大桥等桥梁日常或应急健康监测变得尤为重要。目前主要对桥梁结构各种响应（包括位移、应变、应力等）进行监测，但无法对结构的一些局部刚度变化等进行识别和监测。众所周知严重超载、施工缺陷、地震等自然灾害可导致桥梁结构损伤（如裂缝等现象）和刚度降低。

目前，桥梁结构的刚度识别的方法主要有两种。其中一种方法是通过动载等试验所获模态识别和定量评估桥梁结构的刚度，但由于存在测量误差对识别结果影响巨大等问题，得到刚度的偏差不能保证在工程允许的范围内（一般要求±5%以内）。

另一种方法是通过结构响应的联立方程式直接求解刚度或者通过最小二乘方法获求刚度近似解。此类问题由于求解方程的高度病态性，测量误差对求解或识别精度的影响极大。以及由于桥梁结构尺寸巨大、服役环境复杂等原因，现场实测往往只能获取少数前几阶模态，得到刚度的偏差同样也不能保证在工程允许的范围内。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种对桥梁刚度测量的误差在工程允许的范围内的识别方法。

本发明通过以下技术方案实现上述目的：

一种桥梁抗弯刚度识别方法，包括以下步骤：

1）有限元动力模型建立模块对其接收的桥梁设计资料建立有限元动力模型；

2）模拟分析模块读取有限元动力模型，并对有限元动力模型进行理论计算，对计算得到的模态添加±0%～±1%程度的锯齿形模态系统误差以及±0%～±10%程度的集中质量随机误差得到模态一，对计算得到的模态添加±0%～±1%程度的模态随机误差以及±0%～±10%程度的集中质量随机误差得到模态二；再将模态一、模态二作为有限元动力模型的输入信息，得到有限权量与单元刚度最大误差的关系图、有限权量与单元刚度绝对误差平均值的关系图，并根据有限权量与单元刚度最大误差的关系图、有限权量与单元刚度绝对误差平均值的关系图得出单元刚度识别结果的绝对最大误差值最小的最佳有限权量；

3）刚度识别模块读取有限元动力模型，并对有限元动力模型进行理论计算，对计算得到的模态添加±0%～±1%程度的锯齿形模态系统误差得到实测模态；再根据实测模态及最佳有限权量对桥梁刚度进行识别。

进一进的，步骤3）中根据实测模态及最佳有限权量通过数学模型一对桥梁刚度进行识别，得到单元刚度系数的最小二乘解；

数学模型一为：

α＝{α₁，α₂，α₃，…α_r}^T（α_i≠0,i＝1,2…R,R为α_i的数量）

K＝α×EI

Dα＝F-v

Σpvv＝Σp{(D_ijα_i-F_i)²+(γDˊ_ijα_i-γω_i²)²}(i＝1,…L×N,j＝1,…R)

∂Σpvv∂αi=0]]>

其中，上式中K、M分别为刚度矩阵及质量矩阵（本文采用集中质量矩阵），ω²_i、及分别为自振频率及振型及其转置矩阵，L为测试模态阶数，γ为有限权量，α为单元刚度系数，EI为单元刚度，α_i为损伤指标，D为（L×N）×R阶矩阵，F为（L×N）×1列阵，v为测试误差，通常情况下，R<L×N，Dˊ_ij表示包含有限权量γ的类似D_ij的矩阵形式。