专利名称：中、下承式拱桥吊杆损伤识别方法
技术领域：
本发明涉及中、下承式拱桥吊杆损伤测定技术领域，特别涉及一种中、下承式拱桥吊杆损伤识别方法。
背景技术：
吊杆是中、下承式拱桥主要传力构件，在桥梁运营过程中，由于受多种因素的影响，吊杆易发生钢丝断裂、锈蚀或锚固失效等损伤。由于吊杆只能承受拉力，当吊杆损伤后， 将导致桥梁的受力状态发生改变，情况严重时甚至会危及桥梁的安全，所以识别吊杆的损伤程度对保障桥梁的安全具有重要的意义。近些年来，国内外学者对吊杆的损伤识别进行了研究。早期采用漏磁法检测拉索或吊杆的损伤，但漏磁法设备复杂，对于有防护措施的吊杆，检测信号微弱，精度较低，且不能检测延伸在主梁和拱肋内部吊杆部分的损伤情况，故在应用中受到较多限制。1987年， (ihorbanpoor等开始运用声发射技术检测吊杆或拉索损伤，声发射技术的主要缺陷是需要预先布置声发射探头，且只能测到活性缺陷而不能探测稳定缺陷。我国的徐宏提出了结合桥梁结构频率与局部拉索索力识别拉索损伤的方法，王素娟等运用频率变化、纵梁模态曲率差和吊杆轴力变化识别损伤吊杆的位置，徐建伟等提出了运用结构自振频率和曲率模态识别吊杆损伤的方法。这些方法由于需要测试结构频率和模态振型，因此受测试条件和测量误差影响较大。后来有学者提出运用光纤光栅传感器监测拱桥吊杆应力变化来识别吊杆损伤的方法，但是采用光纤光栅传感器仅能适用新建桥梁，此外还存在成本较高和对温度敏感的缺点因而限制了它的应用。吊杆损伤对桥梁结构最直观的影响是吊杆张力和桥面位移的变化。目前吊杆张力的测试主要采用振动测定法，通过测试吊杆横向振动频率计算吊杆张力，而在由频率计算吊杆张力时，当不能准确考虑吊杆刚度、密度及支承条件等参数时，吊杆的张力计算可能存在较大的误差，特别是对于短吊杆来说，其误差更大。位移的测试技术目前比较成熟，且测试简便，精度较高，因此采用位移测试技术识别吊杆损伤具有一定的优势。如何通过测点间位移差的变化识别吊杆的损伤程度，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种中、下承式拱桥吊杆损伤识别方法，以通过测点间位移差的变化识别吊杆的损伤程度。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案一种中、下承式拱桥吊杆损伤识别方法，包括步骤1)当η根吊杆发生损伤时，选取η+2个结点；2)将η+2个结点中的一个作为基点，将另外的η+1个结点作为测点，计算吊杆损伤前各测点相对于基点的竖向位移差，并测试吊杆损伤后各测点相对于基点的竖向位移差，通过吊杆损伤前后各测点相对于基点的竖向位移差的变化，构建n+1个损伤识别方程，各个损伤识别方程均成立时的ε i即为第i根吊杆的损伤程度值，其中损伤识别方程为({χ}}-κ。},)= 《([v‘w。]厂[dw。]J ；其中，({Χ}」-{Χ}」)为吊杆损伤后测点相对于基点的竖向位移差，(OUrOU1)为吊杆损伤前测点相对于基点的竖向位移差，{XL为吊杆损伤后测点的竖向位移，{Xh为吊杆损伤后基点的竖向位移，{Xoh为吊杆损伤前测点的竖向位移，{Xoh为吊杆损伤前基点的竖向位移，ε i为第i根吊杆的损伤程度值，.为扩阶后的由于第i根吊杆损伤所引起的吊杆系有限元刚度矩阵一阶摄动，Σ为按有限元法组集，K0为初始状况下各吊杆状态完好时的桥梁有限元基准模型刚度矩阵的逆矩阵，{ 0为初始状态在荷载作用下计算得到的拱桥有限元基准模型结点位移列阵。优选的，在上述中、下承式拱桥吊杆损伤识别方法中，所述步骤2、具体包括21)将η+2个结点中的中的一个作为基点，将另外的n+1个结点作为测点，其中η 个测点为初定测点，另外一个测点为验证测点；22)选取其中η个初定测点分别与基点构建η个损伤识别初定方程，该η个损伤识别初定方程构成损伤识别初定方程组，其中损伤识别初定方程为-{n)-(Ko};-RojJ=Z^([v^-Wo]-[V^WoD ；
、 3 ‘23)将所述验证测点与基点在吊杆损伤前后的竖向位移差值代入上述损伤识别方程中，以构成损伤识别确定方程。将由上述η个损伤识别初定方程组求解得到的各个可能解分别代入上述损伤识别确定方程中，使得该损伤识别确定方程成立的损伤程度值所对应的吊杆即为实际发生损伤的吊杆，该值即为损伤吊杆的损伤程度。优选的，在上述中、下承式拱桥吊杆损伤识别方法中，所述结点选取桥面邻近各吊杆下端锚固点的位置。从上述的技术方案可以看出，本发明根据摄动有限元原理，提出了基于测点间竖向位移差的变化识别中、下承式拱桥吊杆损伤的办法。由于吊杆损伤后两结点间竖向位移差的变化等于吊杆损伤后两结点竖向位移差与损伤前两结点竖向位移差的差值，因此只需测试吊杆结点之间的高程差即可构建中、下承式拱桥吊杆的损伤识别方程。并可根据损伤识别方程中初定方程组计算出相应的Si，若ε 1同时可以满足损伤识别确定方程，则说明， 第i根吊杆发生损伤，损伤程度为^。本发明提供的中、下承式拱桥吊杆损伤识别方法，基于测点间位移差的变化来识别中、下承式拱桥吊杆损伤，通过验证，其具有如下效果1)对于损伤程度较小的吊杆，本发明可准确识别出吊杆损伤；2)当测点与损伤吊杆处于桥梁同侧时，识别结果精度较高，选取不同的测点组合时，识别结果接近，识别结果误差随损伤程度的增大而增大；而当测点与损伤吊杆处于桥梁异侧时，其识别结果误差相对处于桥梁同侧时增大，当测点和基点的位置与损伤吊杆位置邻近时，损伤识别结果精度最高，与现有技术相比，任何情况下，其识别结果精度均比现有识别方法高；3)采用基于结点间竖向位移差的变化来识别吊杆中、小程度损伤时，方法实用，精度较高。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例提供的中、下承式拱桥吊杆损伤识别方法的流程图；图2为本发明另一实施例提供的中、下承式拱桥吊杆损伤识别方法的流程图；图3为本发明实施例提供的京港澳高速刘江大桥主桥标准跨吊杆编号主视图；图4为本发明实施例提供的京港澳高速刘江大桥主桥标准跨桥面测点布置图；图5为本发明实施例提供的工况1识别11#吊杆损伤程度；图6为本发明实施例提供的工况2识别11#吊杆损伤程度。
具体实施例方式本发明公开了一种中、下承式拱桥吊杆损伤识别方法，以通过测点间位移差的变化识别吊杆的损伤程度。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。请参阅图1，图1为本发明实施例提供的中、下承式拱桥吊杆损伤识别方法的流程图。本发明提供的中、下承式拱桥吊杆损伤识别方法，包括步骤步骤Sll 选取n+2个结点在吊杆损伤前后的竖向位移值，为测试方便，结点可选取桥面邻近各吊杆下端锚固点的位置。当η根吊杆发生损伤时，选取n+2个结点，各结点可分别邻近桥面上不同的吊杆下端锚固点的位置。例如假设一根吊杆发生损伤，则需选取3个结点损伤前后的竖向位移值， 以此类推。步骤S12 根据损伤识别方程识别损伤吊杆，并得到其损伤程度值；将n+2个结点中的一个作为基点，将另外的n+1个结点作为测点，将n+1个测点分别与基点构建n+1个损伤识别方程，通过n+1个损伤识别方程计算出各个损伤识别方程的 ε i，各个损伤识别方程均成立时的ε i即为第i根吊杆的损伤程度值，其中损伤识别方程为
权利要求
1.一种中、下承式拱桥吊杆损伤识别方法，其特征在于，包括步骤1)当η根吊杆发生损伤时，选取n+2个结点；2)将n+2个结点中的一个作为基点，将另外的n+1个结点作为测点，计算吊杆损伤前各测点相对于基点的竖向位移差，并测试吊杆损伤后各测点相对于基点的竖向位移差，通过吊杆损伤前后各测点相对于基点的竖向位移差的变化，构建n+1个损伤识别方程，各个损伤识别方程均成立时的ε i即为第i根吊杆的损伤程度值，其中损伤识别方程为(w,-Kh)= ([Vi w。]厂[viw。1)琪中，((Xlj-Wi)为吊杆损伤后测点相对于基点的竖向位移差；(IXc^-OU1)为吊杆损伤前测点相对于基点的竖向位移差；{xh为吊杆损伤后测点的竖向位移；{xh为吊杆损伤后基点的竖向位移；{χΑ为吊杆损伤前测点的竖向位移；OU1为吊杆损伤前基点的竖向位移；^为第i根吊杆的损伤程度值；.为扩阶后的由于第i根吊杆损伤所引起的吊杆系有限元刚度矩阵一阶摄动； Σ为按有限元法组集；为初始状况下各吊杆状态完好时的桥梁有限元基准模型刚度矩阵的逆矩阵； { ο为初始状态在荷载作用下计算得到的拱桥有限元基准模型结点位移列阵。
2.如权利要求1所述的中、下承式拱桥吊杆损伤识别方法，其特征在于，所述步骤2)具体包括21)将n+2个结点中的中的一个作为基点，将另外的n+1个结点作为测点，其中η个测点为初定测点，另外一个测点为验证测点；22)选取其中η个初定测点分别与基点构建η个损伤识别初定方程，该η个损伤识别初定方程构成损伤识别初定方程组，其中损伤识别初定方程为(W, - W,)-(KJ,-KojJ=Z^([V^-Wo]-[V^Wol)；23)将所述验证测点与基点在吊杆损伤前后的竖向位移差值代入上述损伤识别方程中，以构成损伤识别确定方程。将由上述η个损伤识别初定方程组求解得到的各个可能解分别代入上述损伤识别确定方程中，使得该损伤识别确定方程成立的损伤程度值所对应的吊杆即为实际发生损伤的吊杆，该值即为损伤吊杆的损伤程度。
3.如权利要求1或2所述的中、下承式拱桥吊杆损伤识别方法，其特征在于，所述结点选取桥面邻近各吊杆下端锚固点的位置。
全文摘要
本发明公开了一种中、下承式拱桥吊杆损伤识别方法，包括步骤当n根吊杆发生损伤时，选取n+2个结点；将n+2个结点中的一个作为基点，将另外的n+1个结点作为测点，通过吊杆损伤前后各测点相对于基点的竖向位移差的变化，构建n+1个损伤识别方程，各个损伤识别方程均成立时的εi即为第i根吊杆的损伤程度值，其中损伤识别方程为其中，({X}j-{X}l)为吊杆损伤后测点相对于基点的竖向位移差，({X0}j-{X0}l)为吊杆损伤前测点相对于基点的竖向位移差，为扩阶后的由于第i根吊杆损伤所引起的吊杆系有限元刚度矩阵一阶摄动，为初始状况下桥梁有限元基准模型刚度矩阵的逆矩阵。本发明采用基于结点间竖向位移差的变化来识别吊杆中、小程度损伤时，方法实用，精度较高。
文档编号G01N33/00GK102230927SQ20111010341
公开日2011年11月2日 申请日期2011年4月22日 优先权日2011年4月22日
发明者何伟, 何容, 徐建国, 王博, 白新理, 郑恒祥, 陈淮 申请人:华北水利水电学院