斜拉桥损伤识别时柔度差法的运用

刘锐

摘  要：随着城市建设的逐步发展，桥梁损伤识别越来越得到重视。不管是提前预警还是灾后评估，通过数据分析人们能够了解结构的现状服役情况，对桥梁进行损伤识别，并进行加固或者维护等一系列的工作。柔度差法是结构损伤识别方法之一，它能充分地识别出桥梁的损伤，因此是实桥监测的重要手段。

关键词：斜拉桥;柔度差法;损伤识别+

1 理论支持

桥梁损伤识别中一般来讲存在着静力参数识别法、动力参数识别法和基于智能算法的识别方法。柔度差法是根据结构柔度矩阵的差值来进行的损伤识别方法，也是动力参数识别法中常见的一种方法。我们根据损伤前后的两个差值柔度矩阵，求出其各列中的最大元素，这样就可以找出损伤的位置。

通过大量的文献资料，我们可以清楚地知道：柔度矩阵与频率平方成反比，对角元素对结构的刚度变化是比较敏感。损伤指标由柔度矩阵对角元素的变化来得出，并通过该指标来识别结构中可能发生的损伤，即：

（1）

因此我们只需得到Diag（△Γ），即能够对结构损伤进行识别。

2 实桥损伤识别

工程实例为某斜拉桥，该桥为双塔双索面预应力混凝土半漂浮体系。斜拉桥全长853米，主跨450米。主桥采用纵向弹性半漂浮体系。文章运用MIDASCIVIL软件对实桥进行模拟，并且假想斜拉桥主梁三种损伤情况进行损伤识别及分析。（图1）

通过有限元分析，我们选取斜拉桥的前6阶振型，综合进行结构的损伤识别研究。

一般大型桥梁，我们设置的监测点是有限的，所以能测到的模态参数是十分有限的，我们通过前面有限元分析得出的动力特性来获得柔度矩阵，并进一步对结构进行损伤识别。

情况一：斜拉桥一处损伤，单侧边跨跨中减小刚度25%，根据动力特性分析。

情况二：斜拉桥一处损伤，主跨跨中分别减小15%、25%和50%不同刚度，根据桥梁不同损伤情况分析。

情况三：斜拉桥三处损伤，边跨跨中和中跨跨中都减小刚度25%，根据动力特性分析。

2.1 情况一

根据斜拉桥前六阶振型分别计算了其所对应的柔度差，结果如图2所示。

由图2我们知道，当单侧边跨跨中刚度下降25%时，第一、四阶振型对应的柔度差值矩阵对结构损伤位置的识别效果比较理想，而第六阶振型对应的柔度差值矩阵的识别效果不理想。我们分析，对于边跨跨中位置，第一、四阶振型对应的振幅较大，而第六阶对应振幅较小，所以才会出现低阶振型损伤识别效果较理想，高阶振型则不太理想，然而我们实际桥梁监测时，对于斜拉桥低阶振型的测试是十分方便的，这无疑对工程实际是十分有利的。

2.2 情况二

由情况一我们知道低阶振型的损伤识别效果较理想，所以我们选取第2阶的模态来对斜拉桥主跨跨中位置发生不同程度的损伤进行识别和分析。图3给出了识别结果。

从图3中可以看出，根据第2阶振型计算的柔度差曲线，最高点明显出现在斜拉桥主跨跨中位置，柔度差法对桥梁损伤位置的识别是比较理想的。

2.3 情况三

斜拉桥服役时间过长，多处位置都可能發生损伤，情况相对复杂，所以我们也研究实桥多处发生相同程度损伤的识别情况。

由图4我们可知，斜拉桥主梁多个位置发生25%损伤时，柔度差指标对损伤位置识别比较准确，而且对损伤程度效果良好，但中跨四分之一位置也出现了较大峰值，对识别结果有一定的干扰，我们实际分析时应对四分之一位置进行再次识别，排除干扰。

3 结束语

通过计算和分析，我们得知柔度差法在不考虑测试误差的情况下，对斜拉桥的不同位置和不同程度的损伤识别都比较理想，但当损伤位置较多时，周边位置由于损伤位置的影响也出现了损伤的假象，对识别结果存在有一定的干扰。同时柔度差法也必须需要实桥的精细有限元模型和准确的实际桥梁低阶振型测试结果。

参考文献

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