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桥梁结构的损伤检测与识别技术研究综述

摘要：随着桥梁建设的持续发展，桥梁结构的形式和功能也日趋复杂，桥梁的修补和加固也越来越受到关注。桥梁建成通车后，由于受气候、环境因素以及人为因素的影响，结构材料会被腐蚀和逐渐老化，长期的静、动力荷载作用，使其强度和刚度随着时间的增加而降低。这不仅会更会使桥梁的使用寿命缩短，更严重的会影响交通行车安全，危机人的生命。桥梁结构的检测、监测作为结构安全养护、正常使用的保证措施之一受到关注，如何对桥梁结构进行质量检测和安全监测也已成为国内外学术界、工程界研究的热点。本文主要研究桥梁结构损伤识别方法的发展和应用情况。
关键词：桥梁结构损伤识别
引言：桥梁结构作为现代交通系统的重要基础设施，其安全运营关系着国家财产和人民生命的安全，以及社会稳定。国内外桥梁垮塌事件屡屡发生，如，1999年重庆彩虹桥垮塌、2004年辽宁盘锦大桥垮塌、2006年广东深汕高速公路桥梁垮塌、2007年中国广东佛山九江大桥垮塌、2008年云南曲靖独木水库孙家马场大桥垮塌、2009年黑龙江省哈伊公路铁力路段西大桥垮塌等事件，严重威胁着国家财产和人民生命的安全、严重影响了经济社会的发展和稳定。
因此，为保证桥梁结构安全与健康的运营，确保人民生命、国家财产的安全，对桥梁结构损伤识别提出了越来越高的要求，结构损伤识别方法和技术的研究已成为业界的研究重点和热点
结构损伤识别理论
目前结构的损伤识别常用的方法有如下几类，1）静态识别法：基于静态测试数据，施加的主要是静力荷载；2）动态识别法：基于振型、振型曲率、结构固有频率、结构柔度、频响函数等动力特性变化的识别方法；3）智能识别法：利用神经网络、遗传算法、小波变换属于智智能识别法。
桥梁结构损伤识别的主要任务就是通过实际测量数据，对结构是否有损伤、损伤种类、损伤位置、损伤程度等做出准确、合理的判断。桥梁结构的损伤识别方法大致可分为局部法和整体法两大类。
桥梁结构损伤识别局部检测法具有目标针对性强，检测结果具体、准确等优点；同时也存在需要预先知道损伤部位，且受检测部位的测试条件限制较大，无法对大型结构进行全面检测等不足。
桥梁结构整体损伤识别主要是通过对桥梁结构特征点数据（位移、应变、内力、频率和振型等）的检测，并结合结构自身的力学特点，来对整个桥梁结构的损伤状况进行评估的一种方法，整体法可分为静态识别法和动态识别法。整体法中因动态识别方法具有现场工作量小，实验时间短，经济代价低，也可以实现实时、在线监测等优点，以动态识别方法为主。

二、结构损伤识别技术研究现状
李上明，路新瀛在《基于静态位移的简支桥梁损伤识别方法》一文中以简支桥梁为研究对象，建立了基于静态位移的损伤识别方法。利用结构在相同载荷作用下、不同损伤状态的桥梁静态位移，提出了桥梁曲率比的损伤定位指标。利用结构基准状态即有限元基准模型建立了损伤程度识别公式。该公式可利用线性规划优化算法求解，其中有限元基准模型建立过程简单，只需要保证有限元基准模型的几何构型与桥梁结构相同即可。分析了一个具有多处损伤的简支梁，从数值模拟角度验证了所建立的损伤识别方法有效性。结果表明，曲率比的损伤定位指标能准确定位，而损伤程度识别公式可大致识别损伤程度。由于所建立的损伤识别方法仅仅基于静态挠度数据，故可在桥梁检测中参考。
王艺霖，刘西拉，方从启三位学者在《基于应变指标的桥梁损伤识别方法》一文中，探讨了应变指标(弯曲正应变和剪切应变)在桥梁损伤识别中的应用，给出了具体的应用方式，并通过多个数值模拟实例进行了验证；考虑到该指标的显著局部性，给出了测点优化布置的方法；考虑实际应用时的具体情况，分析了该方法识别结果的存在性、惟一性和稳定性问题，给出了有效的处理方法，使之有了很强的实用性。结果表明：该方法能直接发现损伤，对小损伤比较敏感，而且处理方式简单、结果可靠。
但该方法有个很大的缺陷，就是过于局部性，只有在测点处截面发生损伤才能被有效识别，这就要求在结构上非常密集地布置传感器，在实际中不现实。为此，提出结合其他信息来帮助克服这一问题，分别引入一次信息(结构在典型活载下的数值模拟响应)和二次信息(受环境不利因素影响区域的判断)来得到最可能出现损伤的区段，在此区段内局部密集布置传感器。
基于应变对局部损伤的敏感特性，李圭，戴佑才，戴宏亮，洪力四位学者在《应变模态法在桥梁损伤识别中的应用》一文中，引入了应变模态法，通过比较完好桥梁和损伤桥梁的应变模态变化。即可判断桥梁损伤的位置和程度。首先在理论上给出了应变与振动模态之间的详细表达式；然后基于大型通用商用有限元软件ANSYS，对金属模型桥梁进行数值仿真模拟以及识别试验、数据分析；最后，应用应变模态法对厦门市石鼓山立交桥进行现场损伤识别，得到了该桥梁的服役状态，为桥梁质量评估和维护提供了可靠的依据。
施洲，赵人达