[发明专利]基于支座反力和挠度曲率的梁结构损伤识别方法

说明书

本发明公开了一种基于支座反力和挠度曲率的梁结构损伤识别方法。本发明主要包括：对损伤后梁结构施加荷载，获得实测挠度曲线和支座反力；对实测挠度曲线求曲率；通过支座反力和荷载计算梁结构各位置弯矩值；梁结构各位置刚度以相应位置弯矩值除以挠度曲率得到，通过损伤状态刚度曲线突变识别损伤位置；剔除损伤位置刚度，对剩余刚度曲线进行拟合，得到未损伤状态刚度曲线；由损伤、未损伤状态刚度曲线计算损伤程度，得到损伤位置结构刚度；若梁结构为超静定结构，则采用荷载多次作用于结构不同位置，得到多个荷载作用下损伤位置、损伤程度和刚度结果，综合进行损伤判断。本发明可对梁结构损伤进行准确定位与定量，应用于梁结构的损伤评估。

技术领域

本发明属于结构健康监测技术领域，具体涉及一种梁结构无损检测技术的基于支座反力和挠度曲率的梁结构损伤识别方法。

背景技术

结构损伤识别作为桥梁健康监测系统的核心内容，其识别方法众多。国内外发展起来的整体损伤识别方法主要包括：基于动力响应和基于静力响应的结构损伤识别方法。动力响应参数指标主要通过结构模态(振动频率和振型)的变化判断结构损伤，该方法对测点数量、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响应参数的损伤识别方法，静力响应测试技术简单、成熟，测试数据精度高，可有效避免质量、特别是阻尼等的不确定性影响。基于静力响应参数损伤识别指标主要包括静力挠度指标、静力应变指标以及支座反力影响线指标等。

静力挠度指标主要分静力挠度方法、挠度影响线方法和静力挠度曲率方法。崔飞等以结构单元的惯性矩等作为待识别参数，建立了待识别参数对结构挠度、应变等参数的灵敏度矩阵，得到结构参数变化信息判断损伤位置。刘纲等利用静定结构损伤前后挠度差与在损伤单元作用集中力产生的影响线形状相似，通过损伤力影响线来识别结构损伤。陈记豪等借助荷载位于无损与损伤区域时的挠度差值曲线不同进行损伤识别，并通过一空心板算例分析了指标的识别效果。杜永峰等推导了挠度差值影响线与移动荷载位置的函数关系，指出当移动荷载位于损伤区域和无损区域时函数关系存在差异，进而识别出损伤位置。Zhu S Y等对结构的挠度影响线进行拟合，并对拟合后的影响线进行分析，利用结构损伤前后的影响线数据建立了损伤识别指标。Yam等通过有限元模型对板类结构的挠度、挠度斜率及挠度曲率构造的损伤因子进行敏感性分析，进行结构损伤识别。王艺霖将曲率与结构静力挠度结合起来，采用相邻差分法得到静载下的差分曲率，利用相邻差分曲率差值指标识别单跨梁的损伤。Abdo研究了损伤特性和挠度曲率变化之间的关系，将挠度曲率变化作为损伤指标，用于结构的损伤识别。杨骁等分别给出了利用梁结构挠度和应变计算曲率的公式，利用梁损伤前后的相对曲率差识别损伤位置，提出了基于静态弯曲的静定梁两阶段损伤识别方法。

尽管基于挠度指标对结构的损伤定位方法开展了较多研究工作，但损伤程度定量相关的方法并不多，鲜见采用损伤状态支座反力和静力挠度曲率进行结构损伤识别的方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有挠度曲率方法不能识别结构损伤程度、需要损伤前信息的不足，提供一种基于支座反力和挠度曲率的梁结构损伤识别方法。

本发明所述基于支座反力和挠度曲率的梁结构损伤识别方法，步骤如下：

(1)对损伤后的梁结构施加荷载，获得梁结构损伤后的实测挠度曲线和支座反力；

(2)对梁结构损伤后的实测挠度曲线求挠度曲率；

(3)通过支座反力和荷载计算梁结构各位置的弯矩值；

(4)梁结构各位置刚度以相应位置的弯矩值除以挠度曲率得到，通过损伤状态刚度曲线的突变识别损伤位置；

(5)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；

(6)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；