浅析动载测试与小波分析在桥梁结构损伤诊断中的联合应用

小波变换在桥梁结构损伤识别中的应用
廖锦翔;袁明武;张劲泉
【期刊名称】《公路交通科技》
【年(卷),期】2004(21)11
【摘要】通过小波变换极大值点同信号突变点及其李氏指数之间的关系,采用小波变换极大值在多尺度上的变化规律来表征信号突变点的性质,从而确定信号有无奇异点并确定其位置,进而对桥梁进行损伤识别。

将该理论应用到带裂缝悬臂梁有限元模型,通过模态、瞬态和静力试验采集信号,精确确定裂缝个数及位置。

较之传统方法,该方法不仅可以达到经济方便的目的,而且检测结果更为精确可靠。

【总页数】5页(P30-34)
【关键词】小波变换;桥梁;损伤识别;Lipschitz指数;裂缝
【作者】廖锦翔;袁明武;张劲泉
【作者单位】北京大学力学与工程科学系;交通部公路科学研究所
【正文语种】中文
【中图分类】U445.71
【相关文献】
1.基于离散小波变换的桥梁结构损伤识别方法 [J], 林贝贝;毛毳;孙良
2.小波变换在结构损伤识别特征提取中的应用 [J], 冉志红;李乔
3.小波变换在结构损伤识别中的应用研究 [J], 侯剑;苏木标;李栋
4.基于离散小波变换的桥梁结构损伤识别方法 [J], 林贝贝;毛毳;孙良;
5.小波变换在电塔结构损伤识别中的应用 [J], 张硕
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小波分析技术在桥梁桩基检测中应用分析摘要：本文通过对桥梁桩基检测中小波分析技术基本理论的阐述，结合四川震后某桥梁桩基检测实列，利用小波细节信号的hilbert包络以及谱分析对于成桥桩基缺陷和小裂纹的程度给出了量化指标，用以快速分析评估桩身损害的程度，具有较好的适用价值和市场需求，供同行交流应用。

关键词：小波分析；低应变反射波法；成桥桩基0.前言随着国民经济和交通事业的快速发展，据了解中国现有桥梁中相当一部分由于设计荷载标准偏低，以及地震、洪水的影响，出现了不同程度的桩基破损、龟裂甚至断桩等严重问题，极大地影响了其正常使用，部分旧桥已经处于危桥状态。

必须采取有效的检测方法检测成桥桩基，判定其损害程度，以便为旧桥加固或拆除提供决策依据，消除安全隐患，创造良好的社会和经济效益。

pit(pile integrity tester)检测基于低应变反射波法理论，已在中国桥梁的桩基检测中广泛地应用。

但是对于成桥桩基检测，由于承台和桥墩的影响，工程中经常出现对桩基检测结果的误判、漏判等，致使很多工程技术人员对该种检测方法的可靠性提出质疑。

20世纪80年代后期发展起来的小波分析具有多分辨率或多尺度分析特征和在时频两域中均可表征信号局部特征的能力。

因此，它被誉为信号分析的数学显微镜。

王靖涛论证了小波分析可以应用到桩完整性检测上的理论根据，并通过模型桩试验和大量工程桩检测结果的小波分析，提出了桩完整性检测的小波分析方法。

本文借鉴某检测机构的检测结果，对汶川地震后具有承台和桥墩的某成桥进行小波分析，选择dbl0为小波基对pit检测的低应变波进行小波分解，判定桩身完整性，并对分解的第一层信号db1做hilbert包络和谱分析，对于成桥桩基缺陷和小裂纹的程度给出了量化指标，用以快速分析评估桩身损害的程度。

1.小波变换理论传统的信号分析是建立在傅里叶变换的基础上，但是，傅里叶分析使用的是一种全局的变换，即要么完全在时域，要么完全在频域，它无法表述信号的时频局域性质，而时频局域性质恰恰是非平稳信号最根本和最关键的性质。

小波分析在桥梁健康监测中的应用研究一、本文概述随着桥梁建设技术的不断进步和桥梁规模的不断扩大，桥梁健康监测成为保障桥梁安全运行的重要手段。

近年来，小波分析作为一种时频分析方法，其在信号处理、图像处理、地震分析等领域的应用逐渐得到广泛认可。

本文将探讨小波分析在桥梁健康监测中的应用，以期为提高桥梁健康监测的准确性和效率提供新的思路和方法。

本文将首先介绍小波分析的基本理论和方法，然后重点阐述小波分析在桥梁健康监测中的应用研究现状和发展趋势，最后展望小波分析在桥梁健康监测领域的未来应用前景。

通过本文的研究，旨在推动小波分析在桥梁健康监测中的深入应用，为桥梁的安全运营提供有力保障。

二、小波分析的基本理论小波分析是一种时频分析方法，它克服了传统傅里叶分析方法的不足，能够在时域和频域内同时提供局部化信息。

小波分析的基本理论主要包括小波变换、多分辨率分析以及小波包分析等内容。

小波变换是小波分析的核心，它将信号或函数表示为一系列小波函数的加权和。

这些小波函数是通过平移和伸缩基本小波函数得到的，具有时频局部化的特性。

小波变换能够同时提供信号在时间和频率上的局部信息，从而可以更加精细地分析信号的时频特性。

多分辨率分析是小波分析的重要工具，它通过将信号分解为不同尺度的成分，实现对信号的多层次分析。

多分辨率分析能够将信号中的高频成分和低频成分分离开来，便于提取信号中的特征信息。

小波包分析是对多分辨率分析的扩展，它不仅可以对信号的低频部分进行逐层分解，还可以对高频部分进行进一步的细分。

小波包分析能够提供更加精细的时频分辨率，适用于分析具有复杂时频特性的信号。

在桥梁健康监测中，小波分析的基本理论为信号处理和数据分析提供了有效的工具。

通过对桥梁振动信号进行小波变换，可以提取出信号的时频特征，进而评估桥梁的健康状态。

多分辨率分析和小波包分析还可以帮助研究人员更加深入地了解桥梁振动的内在机制，为桥梁的安全监测和维护提供科学依据。

三、桥梁健康监测技术概述桥梁健康监测是桥梁工程领域的一项重要技术，旨在通过实时监测桥梁的结构性能和安全状态，及时发现潜在的安全隐患，为桥梁的维护和管理提供科学依据。

基于小波分析的结构损伤识别方法研究一、本文概述本文旨在探讨和研究基于小波分析的结构损伤识别方法。

结构损伤识别是土木工程领域的一个重要研究方向，对于保障建筑物的安全运营和延长其使用寿命具有重要意义。

随着小波分析理论的发展和应用，其在信号处理、图像处理、故障诊断等领域表现出强大的优势。

因此，本文尝试将小波分析理论引入到结构损伤识别中，以期能够提出一种更为准确、高效的结构损伤识别方法。

本文将对小波分析的基本理论进行简要介绍，包括小波变换的基本定义、性质以及常用的小波函数等。

然后，重点阐述如何将小波分析应用于结构损伤识别中，包括信号预处理、小波变换的实现、损伤特征的提取以及损伤识别算法的设计等步骤。

在此基础上，本文将通过数值模拟和实验研究，对所提出的基于小波分析的结构损伤识别方法进行验证和评估。

对本文的研究结果进行总结，并探讨该方法在实际应用中的可能性和前景。

本文的研究不仅有助于推动小波分析在土木工程领域的应用，也为结构损伤识别提供了新的思路和方法。

希望本文的研究能够为相关领域的学者和工程师提供一定的参考和借鉴。

二、小波分析基本理论小波分析（Wavelet Analysis）是一种数学工具，特别适合于处理非平稳信号和局部特征提取。

小波分析的基本思想是通过一系列具有特定性质的小波函数（也称为基函数或母小波）来分析信号。

这些小波函数在时间和频率上都具有局部性，因此能够有效地揭示信号在不同时间和频率段的特性。

小波分析的基本元素包括小波函数、尺度函数和小波变换。

小波函数通常具有紧支撑性和正交性，能够在时间和频率上同时提供局部化信息。

尺度函数则用于控制小波函数的伸缩和平移，从而实现对信号的多尺度分析。

小波变换是小波分析的核心，它将信号从时间域转换到小波域，从而得到信号在不同尺度和位置上的小波系数。

这些系数反映了信号在不同尺度上的局部特征，可以用于信号去噪、特征提取和模式识别等多种应用。

在结构损伤识别中，小波分析具有独特的优势。

动静荷载试验在桥梁检测中运用分析发布时间：2022-11-07T01:04:24.349Z 来源：《工程建设标准化》2022年第6月第12期作者：古昊[导读] 桥梁工程起着促进我国交通运输领域发展、保障人们出行安全的重要作用，为确保桥梁质量满足实际的使用要求古昊中铁长江交通设计集团有限公司重庆市 400042摘要：桥梁工程起着促进我国交通运输领域发展、保障人们出行安全的重要作用，为确保桥梁质量满足实际的使用要求，相关人员可利用动静荷载试验判断桥梁的结构安全性，保证桥梁的刚性及强度。

本文从动静荷载试验入手，结合实际的检测案例，提出相应的控制措施，希望可以为其他检测人员提供工作参考，提升桥梁的稳定性与安全性。

关键词：动静荷载；桥梁检测；荷载实验引言：桥梁的建设工作具有复杂性与繁琐性，且桥梁的质量关系到广大群众的出行安全，因此，需要时刻保证桥梁的结构刚性。

利用动静荷载试验可以测量出桥梁本身的负载能力，从试验对象、试验参数等多方面进行综合考量，确保桥梁可以满足当前的使用需要，保障人们的行车安全。

一、桥梁结构的动静荷载试验随着我国道路基础设施建设的不断完善，使得公路运输领域获得了极大的发展，公路运输逐渐成为当前我国主要的货物输送方式。

但是近年来桥梁坍塌、公路交通事故层出不穷，造成此类情况的原因主要有以下两点。

第一，大量的货车超载，桥梁的预计负载力无法满足实际的货车行驶需要，长此以往，将使得桥梁的质量大打折扣，严重影响桥梁的使用周期。

第二，建筑公司管理不当。

为了抢工期，建筑公司会忽略对桥梁质量的检验工作，同时加上施工的方式不当、材料质量不达标、监管松散等原因，将极大影响桥梁的建设质量。

因此，为了保证桥梁的稳定性与安全性，需要相关技术人员做好桥梁的负载能力检测工作。

桥梁的荷载试验是鉴定桥梁强度、刚性的科学化手法，主要可分为静载及动载试验。

（一）静载实验桥梁静载实验的工作原理如下：首先在需要进行检测的部分增加静止荷载，在一定的时间后对该区域进行观察及测量，记录该部分的裂缝、移位、形变等参数，通过对实验现象进行科学分析，可以准确了解当前桥梁的使用状况以及具体的负载能力。

浅析动载测试与小波分析在桥梁结构损伤诊断中的联合应用作者：马先光来源：《科技资讯》 2014年第26期马先光(江苏宿淮盐高速公路管理有限公司江苏淮安 223006)摘要:桥梁结构损伤诊断是保证桥梁质量的重要措施,在实际施工过程中对于这项工作应该保持高度重视。

把结构动载测试同小波分析结合在一起进行桥梁结构损伤诊断是一种新型应用方法。

这种方法的应用能够实现精确检测。

在大跨桥梁结构检测过程中采用结构动载测试和小波分析结合的方式是最为合适的。

本文将重点分析这两种方法在桥梁结构损伤检测过程中的科学合理地应用。

关键词:桥梁结构动载测试小波分析中图分类号:TU279 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2014)09(b)-0053-01随着我国桥梁建设的不断加快,大跨桥梁结构损伤诊断技术取得了明显进步。

通常情况下用来检测桥梁结构的方式主要是把结构模态参数当作损伤特征参数并利用神经网络法、模型修正方法及各类损伤指标方法来进行诊断。

这些方法的应用虽然能够达到基本目的,但是却只能适用于那些简单结构模型中。

在实际测量过程中这些方法是存在缺陷的。

正是因为这样,在实际工作过程中就需要利用新技术来检测。

把小波分析和结构动载测试结合起来应用是一种典型方式。

既具有良好效果。

1 小波包能量谱结构损伤诊断原理小波包能量谱结构损伤诊断是一种专业地检测方法,实际工作过程中当结构损伤出现之后就会引起动力特性的变化,从而最终会使得不同小波包尺度上结构相应的变化,结构动力相应能量在各个频带内部将会重新分布。

在检测过程中如果选择前m个较大能量的频带作为特征频带,那么它的结构动力相应fi,k能量系列组成的结构损伤预警的小波包能量谱就是:各个特征频带的能量比Ik是由此我们便可以得出定义结构损伤预警指标能量比偏差ERVD:2 两种方法的联合诊断从理论上来看采用小波包能量谱来进行结构损伤诊断是具有非常好的噪声鲁棒性及损伤敏感性的。

但是从实际结果来看却还是存在着一定问题,小波包能量谱本身不是结构固有的动力参数,当前采用的瞬态激励磁测量和可重复的确定性激振技术能够达到基本目的,但是我们要看到大跨桥梁结构的的外部激励是很难测到的。

西安建筑科技大学机电工程学院陕西西安 710055摘要随着我国经济发展水平的提高，国家对基础设施建设工作的重视度进一步提升。

在基础设施建设过程中，包括塔式起重机在内的较多机械结构在作业过程中经常会因为振动或者意外操作不当而出现损伤，对机械结构本身造成重要影响，严重时还将引起重大的安全事故。

事故发生的原因有很多种，比如焊接工艺不科学合理，使用的材料存在质量问题，或是机械结构被严重腐蚀等等。

传统的结构损伤检测需要停机且所需时间长、设备多，所以当前必须加快塔机金属结构损伤识别技术的研究步伐。

本文以塔式起重机起重臂为研究对象，对起重臂结构损伤检测识别技术展开了研究。

以QTZ1000塔式起重机为例，利用ANSYS有限元分析软件建立塔式起重机起重臂结构模型，获取其不同损伤位置及损伤程度情况下的加速度信号，同时借助小波包工具来分解加速度信号，构建能量特征向量作为损伤敏感指标。

关键词：塔式起重机起重臂；损伤检测；小波包分解；塔机起重臂损伤建模及振动信号的提取1.1 QTZ1000塔机起重臂主要参数塔机型号：QTZ1000额定起重力矩：1000kN.m工作幅度：3～56m最大起重量/最大幅度处起重量：6/1.6T回转速度：0～0.8r/min变幅速度：0～60m/minQTZ1000塔机起重臂为桁架水平式结构，其截面为等腰三角形，腹杆体系为人字式。

因臂架长度过长，总长在50m以上，故采用双吊点，吊点设置在上弦处。

弦杆、拉杆、腹杆材料均为Q235。

表1.1为起重臂结构的型钢型号：表1.1 起重臂尺寸参数表构件截面尺寸型钢形式下弦杆方钢管上弦杆圆钢管腹杆圆钢管拉杆圆钢起重臂结构如下图所示：图1.1起重臂整体图图1.2起重臂局部细节图1.2基于ANSYS的建模1.2.1 基于ANSYS的塔机起重臂模型的建立1）建模思路本文的研究内容为起重臂结构损伤分析，主要是通过ANSYS对于正常情况和损伤情况下的塔机起重臂进行瞬态分析，得到仿真加速度信号，并对加速度信号进行处理，得到损伤位置和损伤程度。

桥隧工程觀_________________________________________________________________频谱分析在桥梁结构损伤识别中的应用林洁琼4,谢长洲2（1.广西路桥集团勘察设计有限公司，广西南宁530007,2.广西交科集团有限公司，广西南宁530007）摘要：文章基于频谱分析在桥梁结构监控数据处理中的作用，通过建立简易连续梁模型,利用有限元分析得到作用下的加域信号，并通过分析软件获得图，对图上的点做统计分析，以判别否发生损伤。

这种分析方法对损伤识别研究一定的理论价值。

关键词：结构损伤;刁；频谱分析;快速傅里叶变换中图分类号：U488.21+5文献标识码：A DOI：10.13282/k.wccst.2020.10.030文章编号：：673-4874（2020）10-0108-030引言生程度的损伤往往长期的疲劳的腐蚀，再加上一些自然灾害如、地震、冰雪等作用的！的性能发生改变。

随的考验如何判损伤后的，从而决否对结构进行加使用！近些年国内外学者们研究的热门课题&决这一问题，必须正确判损的实际。

对检测的目标计损伤的实际，吉构的[1]0然而，当人知损伤发生位置和损伤程度的情况下，更应该对进全面的检测！过对获得的数据进行分析判的性能。

于，基试验的损伤检测方法了、的数字信号分析技术后，通过有限的测点信息能够把，检测的重要手段种对的变化判断损伤的检测技术！损后其物理性能发生改变其生变化的原理进行的检测方法！了当今实际工程其监测的的一种新思路。

采用试验损伤识别是指通过对进行的学试验，取得例如、频率、等模态参数，根获得的模态参数的变作损伤与否的。

采用试验法进行结构系统的试验！试验随其的加力口，到了20世纪60,70年代，由于计算机技术傅立叶变换试验中的应用，使得频谱分析得用的学试验中，更有利识的征3&1频谱分析在数据处理中的作用生损伤，其物理生变，其的变应的变化，提取结构损伤后其动力响应-加速度时域信号。

小波分析在结构损伤判别中的应用及试验研究马乾瑛;王社良;朱军强;曹伟【期刊名称】《混凝土》【年(卷),期】2009(000)006【摘要】随着大型土木工程的兴建,采用先进的仪器和科学的方法来进行在线监测和诊断对结构健康状况的评估起着越来越重要的作用.但无论是基于固有频率变化,还是振型变化,以及基于柔度或刚度变化的测量方法,都存在着一个共同的局限性,就是对微小损伤和疲劳损伤的识别,由于其探测灵敏度不够,显得力不从心,因此需要寻找一种更有效的损伤检测手段.小波变换作为一种新的信号处理方法,综合了时域分析方法和频域分析方法的优点,属于多分辨率的时频分析方法,具有伸缩、平移和放大功能,可以用不同的尺度或分辨率来观察信号,实现既在时域又在频域的高分辨局部定位,对于非平稳信号的处理是非常适合和必要的,正是结构损伤检测的基本要求.给出了结构整体进行损伤判别的方法,将各层能量在各频段进行分解,通过能量变化情况给出了结构损伤程度的判定方法,并且在三层钢筋混凝土框架结构的损伤判别试验中得到应用,试验结果与理论分析吻合较好,从而证明了提出的损伤判别方法的可行性与准确性.【总页数】4页(P116-119)【作者】马乾瑛;王社良;朱军强;曹伟【作者单位】西安建筑科技大学,土木工程学院,陕西,西安,710055;西安建筑科技大学,土木工程学院,陕西,西安,710055;西安建筑科技大学,土木工程学院,陕西,西安,710055;西安建筑科技大学,土木工程学院,陕西,西安,710055【正文语种】中文【中图分类】TU528.01【相关文献】1.小波分析在桥梁结构损伤检测中的应用 [J], 张宇;胡卫兵2.小波分析在结构损伤检测中的应用 [J], 杨兴彪;周瑾;刘承斌3.浅析动载测试与小波分析在桥梁结构损伤诊断中的联合应用 [J], 马先光4.经验模分解及小波分析在结构损伤识别中的应用:试验研究 [J], 陈隽;徐幼麟;李杰5.小波分析在T梁结构损伤识别中的应用研究 [J], 韩西;崔璟;钟厉;狄海波;杨科因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于小波分析的结构损伤检测专业：防灾减灾工程及防护工程硕士生：张宇指导教师：胡卫兵教授摘要大型结构在长期使用中会因各种因素而产生损伤和退化，如果没有被及时发现和采取必要的措施，将可能发生严重的事故，造成生命和财产的巨大损失。

因此，对结构的健康状况进行适时的评估变得尤为重要，而损伤识别则是结构健康检测中的一项关键技术。

在土木、机械以及航空工程等领域，利用结构动力特性的改变对损伤进行识别，已经成为一个受到广泛关注的研究方向。

本文对多种基于结构动力特性的损伤识别方法进行了分析和评述，分别用模态分析和瞬态分析对结构的损伤问题进行了探讨，随后选择用小波变换分解结构动力响应信号得到的小波包能量谱来研究结构的损伤检测问题。

首先，建立结构的有限元模型，利用ANSYS软件研究了因损伤而引起的结构的模态参数的变化，并求出其动力响应。

其次，对结构模型进行瞬态分析。

假定给结构突然施加脉冲荷载，得到结构的动力学响应信号，然后利用MATLAB中小波分析将动力响应信号分解得到子信号，求出各阶子信号的能量谱，再得到结构损伤前后的能量谱的变化量。

最后，通过比较损伤前后小波分解子信号的差异和能量谱的变化，列出由于损伤程度和位置不同，结构模态参数和小波子信号能量谱所产生的变化，以用于结构的在线损伤检测。

本文通过对一大跨度桥梁结构的损伤进行了分析，结果表明基于小波分析的结构损伤检测是可行的。

关键词：结构，小波分析，损伤检测Damage Detection for Structure Based on Wavelet AnalysisSpecialty：Disaster Prevention and ReductionEngineering, Protective EngineeringName：Zhang YuAdviser：Prof. Hu WeibingABSTRACTLarge structural performance degradation will inevitably occur because of various factors as well as structural damage, which will result in structural collapse and great loss once not found in time, appears in the structure. Consequently, the structure damage identification using the changes of their vibration characteristics has become a hot research topic throughout the civil, mechanical and aerospace engineering communities.Various damage identification methods based on changes of vibration characteristics are summarized. In the dissertation, crack damage detection for a bridge structure on the basis of structural vibration characteristics is studied by using modal analysis and transient dynamic analysis, then, the wavelet packet energy spectrum of decomposed dynamic response signal by wavelet transform is chosen so as to study the structure.Firstly, the finite element dynamic model of structure is established. Variations of modal parameters due to structural cracks are analyzed according to ANSYS. Meanwhile, the structural dynamic response signals are calculated.Secondly, transient dynamic analysis is used for structure model. An assumption is made that the structure is imposed on the sudden pulse load, then, we’ll get the dynamic response signals of the structure. Next, the sub-signal could be known and the sub-signal energy spectrum could be calculated through wavelet analysis in MATLAB. Meanwhile, the variations of each energy spectrum between healthy model and damage model are numerically simulated.Finally, we could get the variation of modal parameter and the sub-signal energy spectrum due to the changes of damage level and locations by the comparison the healthy structural sub-signals and the sub-signal energy spectrum between the damage structural ones, which could be used in structure damage on-line detection.According to a big-span bridge model analysis, the results show that the structural damage detection based on wavelet analysis is feasible.Keywords: structure, wavelet analysis, damage detection目录第1章绪论 (1)1.1 结构损伤检测概述 (1)1.1.1 研究背景及意义 (1)1.1.2 结构损伤检测的研究现状 (1)1.2 结构损伤检测技术的发展趋势 (5)1.3 本文所做的工作 (6)第2章结构的动力理论与检测方法 (8)2.1概述 (8)2.2 结构动力分析的理论方法 (8)2.2.1 结构的动力特性实用计算方法 (8)2.2.2 结构动力反应数值分析方法 (12)2.3 结构动力的检测方法 (18)2.3.1 结构损伤检测的方法 (18)2.3.2 结构的激振方法 (19)2.3.3 动力测试传感器与设备 (19)2.4 小结 (21)第3章小波分析在结构损伤检测中的应用 (22)3.1 概述 (22)3.2 小波分析 (22)3.2.1 概述 (22)3.2.2 小波变换简介 (23)3.3 小波包能量谱在损伤检测中的应用 (27)3.3.1 概述 (27)3.3.2 小波包的定义 (27)3.3.3 小波包算法 (28)3.3.4 小波包能量谱的算法 (29)3.3.5 算例 (31)3.4 小结 (33)第4章结构的损伤检测的应用实例 (34)4.1 概述 (34)4.2 结构算例 (34)4.3 结构的模态分析 (34)4.4 结构的瞬态分析 (37)4.5 小波分析的应用 (38)4.5.1 概述 (38)4.5.2 不同位置、相同损伤的分析 (39)4.5.3 位置相同、损伤不同的分析 (45)4.6 小结 (54)第5章结论与展望 (55)5.1 结论 (55)5.2 进一步研究展望 (55)致谢 (57)参考文献 (58)作者在读期间发表的论文 (61)第1章绪论1.1 结构损伤检测概述1.1.1 研究背景及意义随着现代科技的发展，土木工程结构正在向超大化、复杂化方向发展，如跨江跨海的超大跨桥梁，用于大型体育赛事的超大跨空间结构，代表现代城市象征的超高层建筑，开发江河能源的大型水利工程，用于海洋油气资源开发的大型海洋平台结构以及核电站建筑等，它们的使用期长达几十年、甚至上百年，环境侵蚀、材料老化和荷载的长期效应、疲劳效应与突变效应等灾害因素的组合作用将不可避免地导致结构和系统的损伤积累和抗力衰减，造成结构抵抗自然灾害、甚至正常环境作用的能力下降。

基于小波包分析的桥梁支座损伤识别试验研究郭健;裘力奇;张新军;江定宇;赵钦【摘要】针对连续梁桥支座易出现损伤破坏的常见病害,应用小波包分析来研究随机荷载下桥梁支座的损伤识别.介绍了小波包能量理论,并把小波包能量分析与测试信号的相关性分析相结合,构造了一种对支座参数变化敏感的损伤指标.以舟山跨海大桥中的梁桥动力特性为依据,设计并完成了桥梁支座损伤识别的模型试验,对比分析了自振频率与小波能量指标的敏感性,并验证了通过损伤支座附近测点信号的自相关函数,能够用所构造的损伤指标较好地识别出支座是否出现损伤.【期刊名称】《浙江工业大学学报》【年(卷),期】2016(044)006【总页数】4页(P695-698)【关键词】小波包分析;支座损伤识别;损伤指标;模型试验【作者】郭健;裘力奇;张新军;江定宇;赵钦【作者单位】浙江工业大学建筑工程学院,浙江杭州310014;浙江工业大学建筑工程学院,浙江杭州310014;浙江工业大学建筑工程学院,浙江杭州310014;浙江大学建筑工程学院,浙江杭州310058;浙江工业大学建筑工程学院,浙江杭州310014【正文语种】中文【中图分类】TU435在跨海越江桥梁的非通航孔区域及非主通航孔区域经常采用连续梁的桥梁结构形式.由于在桥梁运营过程中，这类桥梁易受到船舶撞击、重车过桥和地震等突加荷载的作用，出现损伤破坏，其中支座损伤是连续梁桥的常见病害.以往，人们发展了许多有用的桥梁损伤识别的方法，也对桥梁支座的可能出现的病害进行了损伤检测和基于动力参数的损伤识别研究.如：王辉[1]在基于模态参数损伤识别的理论上，提出了一种基于Fourier变换置信准则和模型修正理论的桥梁支座动力识别方法.乔振[2]基于桥梁振动理论，提出了运用频率变化率来检测桥梁支座病害的方法.尹强[3]对卡尔曼滤波和序贯非线性最小二乘法进行了研究后，提出了基于最优化方法的自适应追踪技术，在线识别了橡胶隔震支座和其结构的系统参数，从而判断结构损伤的发生.Doebling等[4]也在基于结构振动理论的基础上，提出了一种结构损伤识别的方法.这些研究主要是基于结构振动参数和频域分析来开展的，一般还需要获知外激励的大小.考虑到实际工程中，桥梁所承受的外荷载，即车辆等外激励荷载难以实时地精确测试，在随机荷载作用下，如何实现桥梁支座的的损伤识别显得尤为重要[5-6].这里尝试应用基于小波分析的方法来开展随机荷载激励下的桥梁支座损伤识别研究，利用小波包能量分析方法来研究连续梁桥损伤识别的敏感性参数和鲁棒性，并以舟山跨海大桥为工程背景，对非通航孔区的梁桥开展了模型试验研究，对不同的支座是否出现损伤进行了识别判断，获得了很好的效果.1.1 小波分析理论传统的傅里叶变换是一种纯频率的分析方法，无法在时域内有定位性，而由此改进的短时傅里叶变换固定了窗函数的形状，从而有了一定的时域特性分析能力[7-9].这里使用的小波变换依靠小波的伸缩平移，克服了傅里叶变换窗口形状固定性的缺点，是一种优秀的分析非稳态信号的数学工具.设ψ(t)∈L2(R)，其傅里叶变换为，当满足允许条件(完全重构条件或恒等分辨条件)，即其中ψ(t)为一个基本小波或母小波.将基小波ψ(t)平移和伸缩，得对于任意的函数f(t)∈L2(R)，其连续小波变换为重构公式为其中ψ(t)还应满足一般函数的约束条件为即.1.2 小波包节点能量分析小波变换在高频部分频域内，分辨率较低.小波包变换在在小波变换的基础上发展而来，较好的克服了这一缺点.对于一个时域信号函数S,其小波包变换[10]为式中：i，j，k分别为频程参数、尺度参数和平移参数；为小波包参数，即其中由母小波函数ψ经高通滤波器h(k)及低通滤波器g(k)逐次计算得到经过小波包变换，可以根据需要选取不同的小波包基，对含有稳态或者非稳态成分的信号进行不同尺度上的分解，从而得到不同的频率分辨率，具体过程如图1所示.如果信号S(t)的总能量为式中由式(8，9)及小波包函数的正交性，可得式中式(12,13)给出了不同尺度和频带上信号能量的分布特征[11].经过上述分析，可以通过小波包分析将一个桥梁动力测试信号进行由测试空间到特征空间的变换，并且通过将结构损伤特征以节点能量的形式提取，实现对于桥梁结构的损伤识别.理论上，结构动力响应的小波包能量谱可以表征结构的损伤状态，在外激励作用下，可以通过小波包能量分析来构造损伤识别的指标，其对外荷载具有鲁棒性，损伤识别的结构系统中不同测点处的自相关函数和互相关函数对系统输入激励的变化具有一定的独立性[12].因此,可依据测点数据的相关函数来进一步构造基于小波包能量的与外激励荷载无关的损伤指标，以此来更敏感和有效地提高对支座损伤识别能力. 首先定义物理量，即当Inu和Ind的值越大,则Edi中包含的结构损伤信息越多，表示该动力响应进行小波包能量分析能得到更精确的损伤判断，同时，Ediv值不宜太大，否则也会淹没结构损伤的信息.比较为理想的情况是，结构受桥梁日常运营的随机激励作用，即和值在较低的结构动力反应参数范围，而由构件损伤产生的Edi处于相对波动较大，小波包能量的损伤指标Inu和Ind就会对需要识别的损伤很敏感，这种情况正好是桥梁支座发生损伤的特征.因此，小波包能量变化的结构损伤识别对于支座损伤具有较高的实用价值[13].3.1 试验布置以浙江舟山跨海大桥中的连续梁桥动力特征进行三跨连续梁模型试验设计，来研究上面所构造的损伤指标在荷载作用下进行支座损伤识别的能力.试验模型如图2所示，试验梁长为0.791 m+1.418 m+0.791 m，采用截面为4 mm×60 mm的扁钢(Q235)，支座依次编号为A，B，C，D，全梁共分为27(7+13+7)个单元，在8和9单元相邻处施加瞬时冲击荷载来对结构输入外激励.在梁中4，16，25单元处采用压电式加速度传感器采集试验梁上的加速度信号.试验布置如图3所示，试验中根据实际桥梁常见支座病害来模拟损伤工况，支座损伤以模拟支座处构件连接松动，支撑弹性下降来模拟，研究目标就是要识别出支座发生了损伤.3.2 小波包能量与自振频率对损伤的敏感性对比通过测试，得到梁结构的前7阶自振频率.相对于无损结构，支座C和支座D发生损伤时，试验中在点4处测得加速度信号，结构前七阶频率的相对变化fd/fu(图4)；计算出该信号的自相关函数x4-4的小波包能量比，得到前7个能量比最大的频带上ed/eu的相对变化(图5).比较图4，5中自振频率和能量比的相对变化可以发现：支座C和D损伤前后的频率变化最大，只有7%左右，而x4-4的小波包能量比主成分的变化基本在15%～20%左右，最明显达到70%以上，较频率的变化要大得多，这证明了以小波包能量构造的损伤指标比以自振频率构造的损伤指标对于支座损伤的检测更为敏感.3.3 支座的损伤识别由于结构的对称性，主要考察支座C和D处的损伤与相关参数的关系.对8和9单元相邻处锤击5次，在每跨测得5组加速度信号.通过测量得到点4，16，25处的加速度a4，a16，a25，并以此计算出自相关函数x4-4，x16-16，x25-25和互相关函数x4-16，x4-25，x16-25，然后用coif 5小波函数对它们进行6层分解，分别计算出支座无损、支座C发生损伤和支座D发生损伤时的值，结果如图6，7所示.从图6，7可以看出：自相关函数计算出的Ediv值较互相关函数要小得多，说明它的一致性比互相关函数要好.同时，损伤指标对于损伤的敏感性与选取点有关，不同点与点之间得到的Ediv值和Edi值有一定差别，接近损伤部位的传感器信息变化会比较明显.综合考虑Inu值和Ind值对荷载的无关性和对损伤的敏感性，自相关函数具有明显优势.通过分析计算，结合自相关函数与互相关函数等指标来综合观察Ind与Inu是否有明显的相对变化，从而判定支座是否出现了损伤.研究了小波分析理论在桥梁支座损伤识别中的应用，结合结构动力响应的相关函数，构造了一种新的损伤指标.结合浙江舟山跨海大桥中连续梁桥的振动特性，设计并开展了支座损伤的模型试验研究，分析了各损伤指标识别支座损伤的敏感性，验证了基于小波包能量构造的损伤指标能够有效识别出桥梁支座是否发生了损伤，以便桥梁管理部门能及时发现支座损伤，采取进一步的支座病害巡检和维护.这是一种具有工程推广应用价值和非常有发展前途的损伤识别方法.【相关文献】[1] 王辉.基于动力响应的铁路桥梁橡胶支座病害评估方法研究[D].北京：北京交通大学，2014.[2] 乔振.基于固有频率变化率的桥梁支座病害识别技术的研究[D].南昌：华东交通大学，2014.[3] 尹强.非线性橡胶隔震结构参数识别与损伤诊断研究[D].南京：南京航空航天大学，2010.[4] DOEBLING W, FARRAR R, PRIME B.A summary review of vibration-based damage identification methods [J].The shock and vibration digest,1998,30(2):91-105.[5] LI Bing, CHEN Xuefeng.Wavelet-based numerical analysis: a review and classification [J]. Finite elements in analysis and design,2014,81:14-31.[6] 叶蔚嫦,蔡增伸,李文炳.基于ANSYS的桥梁橡胶支座测试系统刚度分析[J].浙江工业大学学报，2005,33(2):212-215.[7] LAW S S，WU S Q，SHI Z Y.Moving load and prestress identification using wavelet-based method [J].Journal of applied mechanics,2008,75(2):021014.[8] 廖锋峰，郭行波，刘文捷.基于小波变换的图像编码研究[J].浙江工业大学学报，2010，38(2):197-201.[9] 彭宏，韩露莎，王辉.基于小波变换与多帧平均法融合的背景提取[J].浙江工业大学学报，2013，41(2)：228-232.[10] 郭健，陈勇，孙炳楠.桥梁健康监测中损伤特征提取的小波包方法[J].浙江大学学报(工学版),2006,40(10):1767-1772.[11] HOU Z K.Wavelet-based approach for structural damage detection [J].Journal of engineering mechanics,2000,126(7):677-683.[12] MCGETRICK P J.A wavelet based drive-by bridge inspection system[R].Proceedings of the 7th International Conference of Bridge Maintenance, Safety and Management. Shanghai：Crc Press，2014.[13] 江定宇.大跨度桥梁的精细化损伤识别研究[D].杭州：浙江大学，2010.。

桥梁结构损伤识别方法综述贾明晓;连鑫【摘要】我国的地貌丰富,为满足交通需求,大批跨河桥梁和高架桥应运而生,而随之到来的桥梁结构损伤问题也逐渐受到关注.在交通量大且运营压力大的今天,桥梁经常超载运营,再加之各种不可预见的自然灾害,使得桥梁结构疲劳损伤日趋严重.出现这些问题,首先要对桥梁工作状态,损伤程度和安全性进行评估,然后提出相应处理措施.经过多年的理论研究和实践,国内外学者们提出许多关于桥梁结构损伤识别的方法.本文通过对桥梁检测技术的综合叙述,阐明了桥梁检测的主要项目.从而系统梳理桥梁检测技术知识和提高桥梁损伤识别的有效性.【期刊名称】《科技风》【年(卷),期】2017(000)011【总页数】2页(P101-102)【关键词】桥梁检测;损伤识别;识别方法【作者】贾明晓;连鑫【作者单位】华北水利水电大学河南郑州450000;华北水利水电大学河南郑州450000【正文语种】中文桥梁是满足交通的重要组成部分,对社会经济的发展起到关键作用。

但桥梁结构在长期超载运营中肯定会出现损伤以及安全隐患[1]。

想要保证桥梁的安全运营,就必须不时的对桥梁进行整体检测，而最有效的方法就是研究结构的损伤识别[2]。

桥梁检测能准确地检查诊断出桥梁内部的各种损伤[3] (如裂纹、磨耗和钢筋锈蚀等),对裂缝及其他损伤的发展趋势进行评估，从而能更好的保护桥梁结构。

近半个世纪以来,许多国内外学者经过大量的研究开发了多种损伤检测方法[4]。

主要有半损检测和无损检测两种。

由于需要修复的桥梁一般在役，用于桥梁结构检测的主要是无损伤的识别方法，无损伤的识别方法包括结构局部识别方法和结构整体识别方法。

而结构损伤识别方法根据是否反演又分为模型修正法和动力指纹法。

此外，自计算机技术发展以来人工神经元网络法也逐渐应用于结构损伤识别的领域。

因而，结构损伤识别方法主要有模型修正法、动力指纹法和人工神经网络法。

(一)模型修正法做试验检验时通常先建立模型，然而，有时会发现所建模型存在系统偏差，这时我们就需要对模型进行修正，以保证模型的等效性。

小波分析在桥梁健康状态诊断中的应用研究摘要:国内外不断发生的桥梁垮塌事故,日益引起人们对桥梁健康状态的重视.基于小波分析的桥梁健康状态诊断是近年来国内外的研究热点.文中首先应用有限元分析软件MIDAS对桥梁在动力荷载作用下进行时程分析,将得到的位移和加速度时程分析数据导入到MATLAB中,进行小波融合,然后应用小波函数对融合后的数据进行分解和重构,实现对动力荷载作用下的桥梁损伤位置进行识别,结果表明:动力荷载作用下的时程数据经过小波分析后能够有效判断出桥梁已有损伤位置.某空心板梁仿真分析结果验证了该方法的可行性,为桥梁健康状态诊断提供了一种新的思路.关键词:小波分析;桥梁;健康状态;诊断近年来,国内外不断发生桥梁垮塌事故,如2009年12月24日,印度一座桥梁倒塌,遇难45人;2011年4月12日新疆库尔勒市郊的孔雀河大桥垮塌,2011年7月14日福建武夷山公馆大桥垮塌,2011年7月15日浙江钱江三桥引桥突然塌落,2012年8月24日哈尔滨阳明滩大桥引桥坍塌等.由此引发人们对桥梁安全运营的极大关注,而保障桥梁安全运营的有效手段之一就是对桥梁进行健康监测,如何对检测到的结构损伤信号进行分析和处理,快速实时确定结构的损伤时刻和损伤位置,分析损伤程度,是桥梁健康状态诊断的关键问题之一.在桥梁结构损伤位置识别研究方面，文献[1]指出小波分析可用于结构损伤定位、在线健康监测和预警等方面；文献[2-4]研究了连续梁的损伤识别，对小波分析在桥梁结构健康监测中的应用进行了探讨;文献[5-7]将结构动载测试与小波分析相结合研究了桥梁结构的损伤诊断方法;文献[8-9]研究认为，基于小波包的能量变化率指标对于结构损伤比较敏感，可以准确地判定损伤位置.可见,小波分析在桥梁健康监测与损伤诊断中的研究具有理论和实际工程价值.文中结合实际桥梁结构,通过数值仿真分析,研究了小波分析在桥梁结构健康状态诊断中的应用. 首先通过有限元软件MIDAS对桥梁在动力荷载作用下进行时程分析,将得到的位移和加速度的时程分析数据导入到MATLAB中,进行小波融合,然后应用小波函数对融合后的数据进行分解和重构,实现对动力荷载作用下的桥梁损伤位置进行识别,某空心板梁桥的数值模拟研究结果表明小波分析能够有效识别桥梁损伤位置,验证了该方法的有效性与可行性,可供桥梁健康状态诊断参考借鉴.1 基于小波分析的结构损伤位置识别原理1.1结构损伤位置识别原理小波变换具有时域和频域的局部性以及“变焦”特性,能有效确定信号奇异点位置。