[发明专利]基于FBG和有限元模型修正的桥梁结构损伤识别方法

权利要求书

1.一种基于FBG和有限元模型修正的桥梁结构损伤识别方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)建立桥梁的精细化有限元模型；

(2)在桥梁主要构件上安装FBG应变传感器，并获取车辆荷载作用下结构的应变响应时程；

(3)利用分形维数方法处理实测应变响应时程，对结构的损伤进行定位；

(4)利用加速度传感器获取在役桥梁的动力特性；

(5)修正精细化高保真动态有限元模型，定量识别桥梁结构损伤。

2.根据权利要求1所述的基于FBG和有限元模型修正的桥梁结构损伤识别方法，其特征在于：所述步骤(1)中建立桥梁的精细化有限元模型的方法为：

a、使用实体单元和壳体单元建立桥梁的精细化初始有限元模型；

b、根据桥梁竣工时的实测动力特性对初始有限元模型进行修正，获得高保真动态精细化有限元模型。

3.根据权利要求1所述的基于FBG和有限元模型修正的桥梁结构损伤识别方法，其特征在于：所述步骤(2)应变响应时程获取方法为：

a、在各纵梁底面沿纵向连续布设FBG应变传感器；

b、利用FBG应变传感器获取桥梁竣工时无损状态下单车过桥引起的纵梁底部各处应变响应时程；

c、利用FBG应变传感器获取桥梁服役时有损状态下单车过桥引起的纵梁底部各处应变响应时程。

4.根据权利要求1所述的基于FBG和有限元模型修正的桥梁结构损伤识别方法，其特征在于：所述步骤(3)对结构的损伤进行定位的方法为：

a、利用分形维数方法处理无损状态下的实测桥梁应变响应时程，获得分形维数曲线；

b、利用分形维数方法处理服役状态下的实测桥梁应变响应时程，获得分形维数曲线；

c、对比无损状态下与服役状态下的分形维数曲线，确定结构损伤出现的位置。

5.根据权利要求4所述的基于FBG和有限元模型修正的桥梁结构损伤识别方法，其特征在于：无损状态下的分形维数曲线计算方法如下：

式中，x₁，x₂，...，x_n为应变响应时程样本，n为样本点数，Δt为采样时间间隔，D为分形维数。

6.根据权利要求1所述的基于FBG和有限元模型修正的桥梁结构损伤识别方法，其特征在于：所述步骤(4)利用加速度传感器获取在役桥梁的动力特性的方法为：

a、将加速度传感器沿纵向均布于桥梁主梁上表面上下游两侧；

b、利用加速度传感器测量在役桥梁环境激励下的振动响应；

c、采用EFDD、SSI等模态识别方法识别出在役桥梁的动力特性。

7.根据权利要求6所述的基于FBG和有限元模型修正的桥梁结构损伤识别方法，其特征在于：所述步骤(5)定量识别桥梁结构损伤的方法为：

a、将基于分型维数法判定的损伤构件的材料参数或几何参数视为不确定性参数，基于试验设计方法利用高保真动态有限元模型采样，计算获得各样本点处有限元模型的低阶模态频率；

b、将不确定性参数视为自变量，将结构低阶动力特性视为系统响应，利用采样数据建立回归模型，回归模型可替代精细化有限元模型开展模型修正；

c、将实测在役桥梁的动力特性视为优化目标，基于回归模型开展优化，识别出不确定性参数，定量给出结构损伤。