專利名稱：中、下承式拱橋吊桿損傷識別方法
技術領域：
本發明涉及中、下承式拱橋吊桿損傷測定技術領域，特別涉及一種中、下承式拱橋吊桿損傷識別方法。
背景技術：
吊桿是中、下承式拱橋主要傳力構件，在橋梁運營過程中，由于受多種因素的影響，吊桿易發生鋼絲斷裂、銹蝕或錨固失效等損傷。由于吊桿只能承受拉力，當吊桿損傷后， 將導致橋梁的受力狀態發生改變，情況嚴重時甚至會危及橋梁的安全，所以識別吊桿的損傷程度對保障橋梁的安全具有重要的意義。近些年來，國內外學者對吊桿的損傷識別進行了研究。早期采用漏磁法檢測拉索或吊桿的損傷，但漏磁法設備復雜，對于有防護措施的吊桿，檢測信號微弱，精度較低，且不能檢測延伸在主梁和拱肋內部吊桿部分的損傷情況，故在應用中受到較多限制。1987年， (ihorbanpoor等開始運用聲發射技術檢測吊桿或拉索損傷，聲發射技術的主要缺陷是需要預先布置聲發射探頭，且只能測到活性缺陷而不能探測穩定缺陷。我國的徐宏提出了結合橋梁結構頻率與局部拉索索力識別拉索損傷的方法，王素娟等運用頻率變化、縱梁模態曲率差和吊桿軸力變化識別損傷吊桿的位置，徐建偉等提出了運用結構自振頻率和曲率模態識別吊桿損傷的方法。這些方法由于需要測試結構頻率和模態振型，因此受測試條件和測量誤差影響較大。后來有學者提出運用光纖光柵傳感器監測拱橋吊桿應力變化來識別吊桿損傷的方法，但是采用光纖光柵傳感器僅能適用新建橋梁，此外還存在成本較高和對溫度敏感的缺點因而限制了它的應用。吊桿損傷對橋梁結構最直觀的影響是吊桿張力和橋面位移的變化。目前吊桿張力的測試主要采用振動測定法，通過測試吊桿橫向振動頻率計算吊桿張力，而在由頻率計算吊桿張力時，當不能準確考慮吊桿剛度、密度及支承條件等參數時，吊桿的張力計算可能存在較大的誤差，特別是對于短吊桿來說，其誤差更大。位移的測試技術目前比較成熟，且測試簡便，精度較高，因此采用位移測試技術識別吊桿損傷具有一定的優勢。如何通過測點間位移差的變化識別吊桿的損傷程度，是本領域技術人員亟待解決的問題。
發明內容
有鑒于此，本發明提供了一種中、下承式拱橋吊桿損傷識別方法，以通過測點間位移差的變化識別吊桿的損傷程度。為實現上述目的，本發明提供如下技術方案一種中、下承式拱橋吊桿損傷識別方法，包括步驟1)當η根吊桿發生損傷時，選取η+2個結點；2)將η+2個結點中的一個作為基點，將另外的η+1個結點作為測點，計算吊桿損傷前各測點相對于基點的豎向位移差，并測試吊桿損傷后各測點相對于基點的豎向位移差，通過吊桿損傷前后各測點相對于基點的豎向位移差的變化，構建n+1個損傷識別方程，各個損傷識別方程均成立時的ε i即為第i根吊桿的損傷程度值，其中損傷識別方程為({χ}}-κ。},)= 《([v‘w。]廠[dw。]J ；其中，({Χ}」-{Χ}」)為吊桿損傷后測點相對于基點的豎向位移差，(OUrOU1)為吊桿損傷前測點相對于基點的豎向位移差，{XL為吊桿損傷后測點的豎向位移，{Xh為吊桿損傷后基點的豎向位移，{Xoh為吊桿損傷前測點的豎向位移，{Xoh為吊桿損傷前基點的豎向位移，ε i為第i根吊桿的損傷程度值，.為擴階后的由于第i根吊桿損傷所引起的吊桿系有限元剛度矩陣一階攝動，Σ為按有限元法組集，K0為初始狀況下各吊桿狀態完好時的橋梁有限元基準模型剛度矩陣的逆矩陣，{ 0為初始狀態在荷載作用下計算得到的拱橋有限元基準模型結點位移列陣。優選的，在上述中、下承式拱橋吊桿損傷識別方法中，所述步驟2、具體包括21)將η+2個結點中的中的一個作為基點，將另外的n+1個結點作為測點，其中η 個測點為初定測點，另外一個測點為驗證測點；22)選取其中η個初定測點分別與基點構建η個損傷識別初定方程，該η個損傷識別初定方程構成損傷識別初定方程組，其中損傷識別初定方程為-{n)-(Ko};-RojJ=Z^([v^-Wo]-[V^WoD ；
、 3 ‘23)將所述驗證測點與基點在吊桿損傷前后的豎向位移差值代入上述損傷識別方程中，以構成損傷識別確定方程。將由上述η個損傷識別初定方程組求解得到的各個可能解分別代入上述損傷識別確定方程中，使得該損傷識別確定方程成立的損傷程度值所對應的吊桿即為實際發生損傷的吊桿，該值即為損傷吊桿的損傷程度。優選的，在上述中、下承式拱橋吊桿損傷識別方法中，所述結點選取橋面鄰近各吊桿下端錨固點的位置。從上述的技術方案可以看出，本發明根據攝動有限元原理，提出了基于測點間豎向位移差的變化識別中、下承式拱橋吊桿損傷的辦法。由于吊桿損傷后兩結點間豎向位移差的變化等于吊桿損傷后兩結點豎向位移差與損傷前兩結點豎向位移差的差值，因此只需測試吊桿結點之間的高程差即可構建中、下承式拱橋吊桿的損傷識別方程。并可根據損傷識別方程中初定方程組計算出相應的Si，若ε 1同時可以滿足損傷識別確定方程，則說明， 第i根吊桿發生損傷，損傷程度為^。本發明提供的中、下承式拱橋吊桿損傷識別方法，基于測點間位移差的變化來識別中、下承式拱橋吊桿損傷，通過驗證，其具有如下效果1)對于損傷程度較小的吊桿，本發明可準確識別出吊桿損傷；2)當測點與損傷吊桿處于橋梁同側時，識別結果精度較高，選取不同的測點組合時，識別結果接近，識別結果誤差隨損傷程度的增大而增大；而當測點與損傷吊桿處于橋梁異側時，其識別結果誤差相對處于橋梁同側時增大，當測點和基點的位置與損傷吊桿位置鄰近時，損傷識別結果精度最高，與現有技術相比，任何情況下，其識別結果精度均比現有識別方法高；3)采用基于結點間豎向位移差的變化來識別吊桿中、小程度損傷時，方法實用，精度較高。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發明實施例提供的中、下承式拱橋吊桿損傷識別方法的流程圖；圖2為本發明另一實施例提供的中、下承式拱橋吊桿損傷識別方法的流程圖；圖3為本發明實施例提供的京港澳高速劉江大橋主橋標準跨吊桿編號主視圖；圖4為本發明實施例提供的京港澳高速劉江大橋主橋標準跨橋面測點布置圖；圖5為本發明實施例提供的工況1識別11#吊桿損傷程度；圖6為本發明實施例提供的工況2識別11#吊桿損傷程度。
具體實施例方式本發明公開了一種中、下承式拱橋吊桿損傷識別方法，以通過測點間位移差的變化識別吊桿的損傷程度。下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。請參閱圖1，圖1為本發明實施例提供的中、下承式拱橋吊桿損傷識別方法的流程圖。本發明提供的中、下承式拱橋吊桿損傷識別方法，包括步驟步驟Sll 選取n+2個結點在吊桿損傷前后的豎向位移值，為測試方便，結點可選取橋面鄰近各吊桿下端錨固點的位置。當η根吊桿發生損傷時，選取n+2個結點，各結點可分別鄰近橋面上不同的吊桿下端錨固點的位置。例如假設一根吊桿發生損傷，則需選取3個結點損傷前后的豎向位移值， 以此類推。步驟S12 根據損傷識別方程識別損傷吊桿，并得到其損傷程度值；將n+2個結點中的一個作為基點，將另外的n+1個結點作為測點，將n+1個測點分別與基點構建n+1個損傷識別方程，通過n+1個損傷識別方程計算出各個損傷識別方程的 ε i，各個損傷識別方程均成立時的ε i即為第i根吊桿的損傷程度值，其中損傷識別方程為
權利要求
1.一種中、下承式拱橋吊桿損傷識別方法，其特征在于，包括步驟1)當η根吊桿發生損傷時，選取n+2個結點；2)將n+2個結點中的一個作為基點，將另外的n+1個結點作為測點，計算吊桿損傷前各測點相對于基點的豎向位移差，并測試吊桿損傷后各測點相對于基點的豎向位移差，通過吊桿損傷前后各測點相對于基點的豎向位移差的變化，構建n+1個損傷識別方程，各個損傷識別方程均成立時的ε i即為第i根吊桿的損傷程度值，其中損傷識別方程為(w,-Kh)= ([Vi w。]廠[viw。1)琪中，((Xlj-Wi)為吊桿損傷后測點相對于基點的豎向位移差；(IXc^-OU1)為吊桿損傷前測點相對于基點的豎向位移差；{xh為吊桿損傷后測點的豎向位移；{xh為吊桿損傷后基點的豎向位移；{χΑ為吊桿損傷前測點的豎向位移；OU1為吊桿損傷前基點的豎向位移；^為第i根吊桿的損傷程度值；.為擴階后的由于第i根吊桿損傷所引起的吊桿系有限元剛度矩陣一階攝動； Σ為按有限元法組集；為初始狀況下各吊桿狀態完好時的橋梁有限元基準模型剛度矩陣的逆矩陣； { ο為初始狀態在荷載作用下計算得到的拱橋有限元基準模型結點位移列陣。
2.如權利要求1所述的中、下承式拱橋吊桿損傷識別方法，其特征在于，所述步驟2)具體包括21)將n+2個結點中的中的一個作為基點，將另外的n+1個結點作為測點，其中η個測點為初定測點，另外一個測點為驗證測點；22)選取其中η個初定測點分別與基點構建η個損傷識別初定方程，該η個損傷識別初定方程構成損傷識別初定方程組，其中損傷識別初定方程為(W, - W,)-(KJ,-KojJ=Z^([V^-Wo]-[V^Wol)；23)將所述驗證測點與基點在吊桿損傷前后的豎向位移差值代入上述損傷識別方程中，以構成損傷識別確定方程。將由上述η個損傷識別初定方程組求解得到的各個可能解分別代入上述損傷識別確定方程中，使得該損傷識別確定方程成立的損傷程度值所對應的吊桿即為實際發生損傷的吊桿，該值即為損傷吊桿的損傷程度。
3.如權利要求1或2所述的中、下承式拱橋吊桿損傷識別方法，其特征在于，所述結點選取橋面鄰近各吊桿下端錨固點的位置。
全文摘要
本發明公開了一種中、下承式拱橋吊桿損傷識別方法，包括步驟當n根吊桿發生損傷時，選取n+2個結點；將n+2個結點中的一個作為基點，將另外的n+1個結點作為測點，通過吊桿損傷前后各測點相對于基點的豎向位移差的變化，構建n+1個損傷識別方程，各個損傷識別方程均成立時的εi即為第i根吊桿的損傷程度值，其中損傷識別方程為其中，({X}j-{X}l)為吊桿損傷后測點相對于基點的豎向位移差，({X0}j-{X0}l)為吊桿損傷前測點相對于基點的豎向位移差，為擴階后的由于第i根吊桿損傷所引起的吊桿系有限元剛度矩陣一階攝動，為初始狀況下橋梁有限元基準模型剛度矩陣的逆矩陣。本發明采用基于結點間豎向位移差的變化來識別吊桿中、小程度損傷時，方法實用，精度較高。
文檔編號G01N33/00GK102230927SQ20111010341
公開日2011年11月2日 申請日期2011年4月22日 優先權日2011年4月22日
發明者何偉, 何容, 徐建國, 王博, 白新理, 鄭恒祥, 陳淮 申請人:華北水利水電學院