[发明专利]一种基于非线性振动的简支混凝土梁损伤识别方法

说明书

本发明提供一种基于非线性振动的简支混凝土梁损伤识别方法，属于混凝土梁损伤识别技术领域。该方法在桥梁跨中安装激振器、速度或加速度传感器，在激振器的动荷载不引起梁体发生新的损伤前提下，改变激振器频率并检测速度或加速度传感器幅值，得到幅频曲线，然后通过非线性最小二乘法得到系统的无量纲非线性因子，在此基础上得到单位荷载无量纲非线性因子比。根据单位荷载无量纲非线性因子比的大小，评估桥梁的损伤状况。本方法对于无基准模型动力特征桥梁的损伤识别问题，具有无可比拟的优越性，且本方法具有与荷载幅值相关，实验安装简单，易于操作等优点。

技术领域

本发明涉及混凝土梁损伤识别技术领域，特别是指一种基于非线性振动的简支混凝土梁损伤识别方法。

背景技术

在土木工程领域，结构在使用过程中会受到周围环境的作用，如腐蚀、超载、强风、地震、疲劳以及材料老化等，都会导致结构有不同程度的损伤和强度降低。若缺乏必要的维护，损伤不断累积，强度不断降低，使得结构发生倒塌破坏，造成人员伤亡和经济损失。因此对于已建和服役多年的建筑结构，损伤检测必不可少。由于大量建筑结构初期无损伤阶段的基准模型是未知的，因此，基于结构非线性振动特性发展无基准模型的损伤识别方法显得非常重要。

结构损伤识别分为静态检测方法和动力检测方法。静态检测方法包括取样试验法、回弹法等，这类方法只能获取结构损伤的局部信息，且对隐蔽工程和人难以到达部位进行无法进行有效的检测。考虑到土木工程结构一般体积大、构件多且常有隐蔽部位，基于动力响应进行结构性态识别的动力检测方法具有检测费用低、易于量测的特点而得到广泛的关注。根据损伤指标是否需要基准模型，动力检测方法分为有基准模型方法和无基准模型方法。有基准模型方法常用的有基于固有频率的结构损伤识别方法、基于振型的结构损伤识别方法等等。对于新建的桥梁可以得到初始无损伤状态的动力特性，有基准模型方法是适用的，而对于旧桥由于缺乏初始无损伤状态的动力特性数据而使损伤识别无法完成。

为建立无基准模型的动力损伤识别方法，其中一类比较常用的方法是根据简谐荷载下梁的非线性动力反应进行损伤识别。Stefan Mass,Arno Zürbes,Danièle Waldmann,Markus Waltering,Volker Bungard,G.De Roeck.Damage Assessment of ConcreteStructures through Dynamic Testing Methods.Part 1–Laboratory Tests[J].Engineering Structures.2012,34:351-362，公开了根据体系的共振点频率是随着振幅的增加而降低的特点，提出以振幅相关的频率变化范围损伤指标进行损伤识别的方法。Genda Chen,Yang X.Damage Detection of Concrete Beams using Nonlinear Featuresof Forced Vibration[J].Structural Health Monitoring.2006,5(2):125-141，公开了基于非线性振动幅频曲线的跳跃现象，提出归一化跳跃点频率带宽值损伤指标进行损伤识别的方法。上述基于简谐振动的非线性振动识别方法的一个缺陷是所得的损伤指标与荷载幅值相关，不同荷载幅值实验所得的损伤指标差异较大而使损伤识别失效。

因此，在本领域中，仍然需要实验安装简单，易于操作的混凝土桥梁的损伤识别方法。

发明内容

本发明为解决上述传统基于振动损伤识别方法的不足，提供一种基于非线性振动的简支混凝土梁损伤识别方法，利用简谐激振得到混凝土梁的幅频曲线，通过非线性最小二乘法得到无量纲非线性因子，进而提出单位荷载无量纲非线性因子比的损伤指标，用以判断混凝土梁的安全性，评估桥梁的损伤状态。

该方法具体步骤如下：

S1：采用冲击荷载或地脉动方法测量简支混凝土梁的基频；