[发明专利]基于自由端倾角影响线曲率的悬臂梁损伤识别方法

说明书

本发明公开了一种基于自由端倾角影响线曲率的悬臂梁损伤识别方法，步骤如下：对损伤悬臂梁施加移动荷载，获得自由端测点的实测倾角影响线；对梁结构损伤后的实测倾角影响线求曲率；以荷载值除以倾角影响线曲率得到梁结构各位置刚度，通过损伤状态刚度曲线的突变识别损伤位置；剔除损伤位置的刚度，对剩余刚度曲线进行拟合，得到未损伤状态的刚度曲线；由损伤、未损伤状态的刚度曲线计算损伤程度，得到损伤位置结构刚度。本发明可对悬臂梁损伤进行准确定位与定量，应用于悬臂梁的损伤评估，通过等截面、变截面悬臂梁算例，验证了倾角影响线曲率指标在悬臂梁损伤识别中的应用价值。

技术领域

本发明涉及梁结构无损检测技术领域，特别涉及一种基于自由端倾角影响线曲率的悬臂梁损伤识别方法。

背景技术

近些年来我国旧桥越来越多，出现的问题也日益显著。既有桥梁很多已不能满足功能性需求，桥梁断裂、坍塌等安全事故时有发生，土木工程领域学者逐渐意识到对桥梁结构进行健康监测和安全评估的重要性，并研究了各种损伤识别技术。结构损伤识别是桥梁结构健康监测系统的重要组成部分，目前主要有两大类损伤识别方法，一类是基于动力参数的损伤识别方法，主要通过结构模态(振动频率和振型)的变化判断结构损伤，此类方法对测点数量、传感器测量精度、模态参数识别方法等要求较高。另一类方法是基于静力参数的损伤识别方法，基于静力参数的结构损伤识别方法可有效避免质量、特别是阻尼等的不确定性影响，同时由于目前测量设备和技术已先进成熟，用较低成本即可得到结构相当准确的测量值，因此，基于静力参数的结构损伤识别技术受到广泛的研究。

基于静力参数的结构损伤识别技术研究较多的指标为基于挠度、静力应变以及支座反力影响线指标等，随着倾角传感器技术的进步，损伤前后结构倾角曲线的变化有望应用于结构的损伤识别中，目前，鲜见有关倾角损伤识别相关的文献报道。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种算法简单、成本低的基于自由端倾角影响线曲率的悬臂梁损伤识别方法。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种基于自由端倾角影响线曲率的悬臂梁损伤识别方法，步骤如下：

(1)对损伤后的悬臂梁各测点位置施加移动荷载，获得自由端测点的实测倾角影响线；

(2)对梁结构损伤后的实测倾角影响线求曲率；

(3)以荷载除以倾角影响线曲率得到梁结构各位置刚度，通过损伤状态刚度曲线的突变识别损伤位置；

(4)剔除损伤位置的刚度，对剩余刚度曲线进行拟合，得到未损伤状态的刚度曲线；

(5)由损伤、未损伤状态的刚度曲线计算损伤程度，得到损伤位置结构刚度。

上述基于自由端倾角影响线曲率的悬臂梁损伤识别方法，步骤(2)中，倾角影响线曲率θ″通过中心差分计算：

其中，下标i为测点号，θ_i″为测点i的倾角影响线曲率，ε为测点i-1到测点i的间距与测点i到测点i+1间距的平均值，θ_i为荷载作用于i测点时测试位置的倾角。

上述基于自由端倾角影响线曲率的悬臂梁损伤识别方法，步骤(3)中，结构损伤状态刚度曲线B_d的计算方法为：

其中，B_di为i测点损伤状态的刚度，P为移动荷载值，θ_i″为荷载作用于第i测点的倾角影响线曲率，n为测点数目，1号测点布置于悬臂梁固支端，n号测点布置于悬臂梁自由端，测点数目连续，从1到n依次增加，i大于等于2且小于等于n-1。

上述基于自由端倾角影响线曲率的悬臂梁损伤识别方法，步骤(3)中，若刚度曲线的突变不明显，则进一步求刚度曲线的斜率辅助判断损伤位置，刚度曲线的斜率计算方法如下：