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

马先光

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：

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。那么采用这样一种技术就很难达到检测目的。正是因为这样，在实际工作过程中就需要采用把动载测试同小波包能量谱相结合的方式来进行检测。把两者结合起来通过结构损伤预警指标能够判断出结构是否发生损伤，对于结构损伤的位置则可以通过结构损伤定位指标来予以确定。

3 实际应用

对于两种方式的联合应用，本文将通过一个实际案例来进行说明。一座均一截面的三跨连续桥梁，它的全长是50 m，质量密度是7800 kg/m3.损伤模拟的位置是在左跨跨中梁段。实际检测过程中为了方便精确地测量就通过动载试验的方式来进行测量。本次试验主要是模拟为0.1 kN移动载荷按照5 m/s的速度均匀地通过连续梁桥，此时动载响应信息就是结构有限元模型中各节点动挠度响应。为了更加科学地得出检测结果，本文将从以下几个方面来进行深入分析。

（1）鲁棒性分析。对于鲁棒性的分析主要是从基于车辆动载响应结构损伤预警指标在噪声强度及不同试验样本的影响下产生的损伤预警能力。分析过程中假设样本采样次数是100，在100次数的背景下来计算不同噪声强度息啊完好结构及各损伤结构的小波报能量谱和特征宽带能量比。经过深入分析，我们就会发现完好结构同各损伤结构的损伤预警指标曲线是会发生一定波动的，此时曲线的波动主要是由噪声引起的。测量过程中如果选择一点C来进行测量，那么通过这一点将能够测出其他形式的损伤工况。实际工作过程中对于那些很难判断损伤情况的样本则是要采用多样本平均方法来消除其预警指标的变化。在经过深入分析之后，检测人员就会发现噪声对结构损伤会产生一定程度影响，这些影响主要是取决于结构损伤程度以及噪声强度的大小。试验模拟过程中基于车辆动载响应的结构损伤预警指标是具有抗噪声干扰能力的。这是我们在实际工作中能够检测出来的。

（2）损伤敏感性分析。在对桥梁的损伤敏感性经过科学细致地分析之后，检测人员就会发现连续梁桥测点损伤预警指标数具有较好连续性的，支座测点则是例外。因而从实际效果来看损伤预警指标对于测点布置本身是具有良好的鲁棒性的。正是以为这一点，这种检测方式在大跨桥梁结构中能够得到广泛应用。

通过模拟检测人员发现模拟的梁段损伤对桥梁结构自振频率的影响并不是很大，甚至可以说非常小。这样的情况如果再采用结构自振频率变化来发现连续梁桥损伤就会变得更为困难，与此相反利用结构损伤预警指标则能够发现动力特性的变化情况，这样就会使得桥梁更加具有良好的损伤预警能力。对此，我们在实际工作过程中就应该不断加强研究。

（3）定位结果分析。实际工作过程中工作人员分析了连续梁桥各测点能量比偏差曲率，从分析中可以看出桥梁支座处测点的能量比偏差是存在突变现象的，因而它的能量比偏差曲率就要取0，还有就是在不同损伤工况下位于左跨跨中区测点能量比偏差曲率是存在着较大变化的，这一现象随着损伤程度的增大，它的能量比偏差曲率变化将会变得更为明显。实际检测过程中通常情况下是损伤在达到一定程度的时候，其连续梁桥测点能量偏差曲率是能够较好的识别结构损伤位置的。这是我们在实际施工过程中需要重视的一点。总的来说采用动载测试和小波分析相结合的方式来进行测量，是能够真实反映出桥梁自身的情况的。桥梁检测过程中关键是要寻找合适的大跨桥梁结构同时还要具有良好损伤敏感性结构损伤特征参数。只有做好这项工作，才能够实现科学检测。对于损伤的发生位置通常是由结构损伤指标，能量比偏差和能量比偏差曲率来确定的。

大跨桥梁检测历来是一个十分重要的问题，在实际工作过程中利用小波分析和动载测试相结合的方式来进行检查更能够有效确定桥梁的自身情况。

参考文献

[1] 丁幼亮，李爱群，缪长青.大跨桥梁结构损伤预警的基本原理与方法「J].防灾减灾工程学报，2005（2）.

[2] 宗周红，任伟新，阮毅。土木工程结构损伤诊断研究进展[J].土木工程学报，2003（5）.endprint

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：

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。那么采用这样一种技术就很难达到检测目的。正是因为这样，在实际工作过程中就需要采用把动载测试同小波包能量谱相结合的方式来进行检测。把两者结合起来通过结构损伤预警指标能够判断出结构是否发生损伤，对于结构损伤的位置则可以通过结构损伤定位指标来予以确定。

3 实际应用

对于两种方式的联合应用，本文将通过一个实际案例来进行说明。一座均一截面的三跨连续桥梁，它的全长是50 m，质量密度是7800 kg/m3.损伤模拟的位置是在左跨跨中梁段。实际检测过程中为了方便精确地测量就通过动载试验的方式来进行测量。本次试验主要是模拟为0.1 kN移动载荷按照5 m/s的速度均匀地通过连续梁桥，此时动载响应信息就是结构有限元模型中各节点动挠度响应。为了更加科学地得出检测结果，本文将从以下几个方面来进行深入分析。

（1）鲁棒性分析。对于鲁棒性的分析主要是从基于车辆动载响应结构损伤预警指标在噪声强度及不同试验样本的影响下产生的损伤预警能力。分析过程中假设样本采样次数是100，在100次数的背景下来计算不同噪声强度息啊完好结构及各损伤结构的小波报能量谱和特征宽带能量比。经过深入分析，我们就会发现完好结构同各损伤结构的损伤预警指标曲线是会发生一定波动的，此时曲线的波动主要是由噪声引起的。测量过程中如果选择一点C来进行测量，那么通过这一点将能够测出其他形式的损伤工况。实际工作过程中对于那些很难判断损伤情况的样本则是要采用多样本平均方法来消除其预警指标的变化。在经过深入分析之后，检测人员就会发现噪声对结构损伤会产生一定程度影响，这些影响主要是取决于结构损伤程度以及噪声强度的大小。试验模拟过程中基于车辆动载响应的结构损伤预警指标是具有抗噪声干扰能力的。这是我们在实际工作中能够检测出来的。

（2）损伤敏感性分析。在对桥梁的损伤敏感性经过科学细致地分析之后，检测人员就会发现连续梁桥测点损伤预警指标数具有较好连续性的，支座测点则是例外。因而从实际效果来看损伤预警指标对于测点布置本身是具有良好的鲁棒性的。正是以为这一点，这种检测方式在大跨桥梁结构中能够得到广泛应用。

通过模拟检测人员发现模拟的梁段损伤对桥梁结构自振频率的影响并不是很大，甚至可以说非常小。这样的情况如果再采用结构自振频率变化来发现连续梁桥损伤就会变得更为困难，与此相反利用结构损伤预警指标则能够发现动力特性的变化情况，这样就会使得桥梁更加具有良好的损伤预警能力。对此，我们在实际工作过程中就应该不断加强研究。

（3）定位结果分析。实际工作过程中工作人员分析了连续梁桥各测点能量比偏差曲率，从分析中可以看出桥梁支座处测点的能量比偏差是存在突变现象的，因而它的能量比偏差曲率就要取0，还有就是在不同损伤工况下位于左跨跨中区测点能量比偏差曲率是存在着较大变化的，这一现象随着损伤程度的增大，它的能量比偏差曲率变化将会变得更为明显。实际检测过程中通常情况下是损伤在达到一定程度的时候，其连续梁桥测点能量偏差曲率是能够较好的识别结构损伤位置的。这是我们在实际施工过程中需要重视的一点。总的来说采用动载测试和小波分析相结合的方式来进行测量，是能够真实反映出桥梁自身的情况的。桥梁检测过程中关键是要寻找合适的大跨桥梁结构同时还要具有良好损伤敏感性结构损伤特征参数。只有做好这项工作，才能够实现科学检测。对于损伤的发生位置通常是由结构损伤指标，能量比偏差和能量比偏差曲率来确定的。

大跨桥梁检测历来是一个十分重要的问题，在实际工作过程中利用小波分析和动载测试相结合的方式来进行检查更能够有效确定桥梁的自身情况。

参考文献

[1] 丁幼亮，李爱群，缪长青.大跨桥梁结构损伤预警的基本原理与方法「J].防灾减灾工程学报，2005（2）.

[2] 宗周红，任伟新，阮毅。土木工程结构损伤诊断研究进展[J].土木工程学报，2003（5）.endprint

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：

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。那么采用这样一种技术就很难达到检测目的。正是因为这样，在实际工作过程中就需要采用把动载测试同小波包能量谱相结合的方式来进行检测。把两者结合起来通过结构损伤预警指标能够判断出结构是否发生损伤，对于结构损伤的位置则可以通过结构损伤定位指标来予以确定。

3 实际应用

对于两种方式的联合应用，本文将通过一个实际案例来进行说明。一座均一截面的三跨连续桥梁，它的全长是50 m，质量密度是7800 kg/m3.损伤模拟的位置是在左跨跨中梁段。实际检测过程中为了方便精确地测量就通过动载试验的方式来进行测量。本次试验主要是模拟为0.1 kN移动载荷按照5 m/s的速度均匀地通过连续梁桥，此时动载响应信息就是结构有限元模型中各节点动挠度响应。为了更加科学地得出检测结果，本文将从以下几个方面来进行深入分析。

（1）鲁棒性分析。对于鲁棒性的分析主要是从基于车辆动载响应结构损伤预警指标在噪声强度及不同试验样本的影响下产生的损伤预警能力。分析过程中假设样本采样次数是100，在100次数的背景下来计算不同噪声强度息啊完好结构及各损伤结构的小波报能量谱和特征宽带能量比。经过深入分析，我们就会发现完好结构同各损伤结构的损伤预警指标曲线是会发生一定波动的，此时曲线的波动主要是由噪声引起的。测量过程中如果选择一点C来进行测量，那么通过这一点将能够测出其他形式的损伤工况。实际工作过程中对于那些很难判断损伤情况的样本则是要采用多样本平均方法来消除其预警指标的变化。在经过深入分析之后，检测人员就会发现噪声对结构损伤会产生一定程度影响，这些影响主要是取决于结构损伤程度以及噪声强度的大小。试验模拟过程中基于车辆动载响应的结构损伤预警指标是具有抗噪声干扰能力的。这是我们在实际工作中能够检测出来的。

（2）损伤敏感性分析。在对桥梁的损伤敏感性经过科学细致地分析之后，检测人员就会发现连续梁桥测点损伤预警指标数具有较好连续性的，支座测点则是例外。因而从实际效果来看损伤预警指标对于测点布置本身是具有良好的鲁棒性的。正是以为这一点，这种检测方式在大跨桥梁结构中能够得到广泛应用。

通过模拟检测人员发现模拟的梁段损伤对桥梁结构自振频率的影响并不是很大，甚至可以说非常小。这样的情况如果再采用结构自振频率变化来发现连续梁桥损伤就会变得更为困难，与此相反利用结构损伤预警指标则能够发现动力特性的变化情况，这样就会使得桥梁更加具有良好的损伤预警能力。对此，我们在实际工作过程中就应该不断加强研究。

（3）定位结果分析。实际工作过程中工作人员分析了连续梁桥各测点能量比偏差曲率，从分析中可以看出桥梁支座处测点的能量比偏差是存在突变现象的，因而它的能量比偏差曲率就要取0，还有就是在不同损伤工况下位于左跨跨中区测点能量比偏差曲率是存在着较大变化的，这一现象随着损伤程度的增大，它的能量比偏差曲率变化将会变得更为明显。实际检测过程中通常情况下是损伤在达到一定程度的时候，其连续梁桥测点能量偏差曲率是能够较好的识别结构损伤位置的。这是我们在实际施工过程中需要重视的一点。总的来说采用动载测试和小波分析相结合的方式来进行测量，是能够真实反映出桥梁自身的情况的。桥梁检测过程中关键是要寻找合适的大跨桥梁结构同时还要具有良好损伤敏感性结构损伤特征参数。只有做好这项工作，才能够实现科学检测。对于损伤的发生位置通常是由结构损伤指标，能量比偏差和能量比偏差曲率来确定的。

大跨桥梁检测历来是一个十分重要的问题，在实际工作过程中利用小波分析和动载测试相结合的方式来进行检查更能够有效确定桥梁的自身情况。

参考文献

[1] 丁幼亮，李爱群，缪长青.大跨桥梁结构损伤预警的基本原理与方法「J].防灾减灾工程学报，2005（2）.

[2] 宗周红，任伟新，阮毅。土木工程结构损伤诊断研究进展[J].土木工程学报，2003（5）.endprint