基于小波包能量方法的结构损伤识别应用研究

论文摘要

桥梁是交通运输系统的重要组成部分,桥梁结构的良好状态是交通运输系统正常运转的前提。随着桥梁结构使用年限的增长、自然环境腐蚀以及各种荷载的作用,目前已有不少桥梁发生老化、破损、裂缝等现象。如果桥梁结构一旦发生破坏,对国民经济、社会稳定和人民的生命财产具有直接的重大影响,因此对桥梁结构进行损伤识别研究,有重要的理论意义和实用价值。在桥梁结构损伤识别中,目前主要采用静力荷载试验的方法进行判断,相对于静力试验,基于动力测量的结构损伤识别方法是国内外研究的热点。动力试验方法中,利用瞬态冲击荷载或移动荷载是两种常用的加载方案。本文使用有限元软件分别计算出瞬态冲击荷载和移动荷载作用下的模型梁的加速度响应,并利用小波包能量分析得到两种荷载作用下的小波能量变化率及其置信上限,并通过变化率参数来识别模型梁的损伤位置。在理论分析的基础上,在试验室浇筑5.3m钢筋混凝土简支T梁,通过分级加载得到不同损伤情况。利用自制的恒量冲击装置来模拟瞬态冲击荷载,使用已知重量的铁球来模拟移动荷载,并分别拾取不同损伤状态下的加速度信号。使用dbN系列小波对采集到的信号降噪,并计算降噪后的加速度信号求得小波包能量变化率指标,可以准确地判断钢筋混凝土结构出现损伤位置和相对损伤状态。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 土木工程结构损伤识别的国内外研究现状
• 1.3 结构损伤识别方法
• 1.3.1 基于固有频率变化的损伤识别方法
• 1.3.2 基于模态振型变化的损伤识别方法
• 1.3.3 基于刚度变化的损伤识别方法
• 1.3.4 基于柔度变化的损伤识别方法
• 1.3.5 基于传递函数或频响函数变化的损伤识别方法
• 1.3.6 基于能量变化的损伤识别方法
• 1.3.7 基于小波分析方法的损伤识别方法
• 1.3.8 基于人工神经网络损伤识别方法
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 小波分析的基本理论
• 2.1 概述
• 2.2 傅立叶变换
• 2.3 小波变换
• 2.3.1 连续小波变换
• 2.3.2 离散小波变换
• 2.4 多分辨率分析
• 2.5 常用小波函数
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于小波包分析的结构损伤识别
• 3.1 小波包的基本原理
• 3.1.1 小波包的定义
• 3.1.2 小波包的正交性质
• 3.2 小波包的子空间分解
• 3.3 小波包节点能量
• 3.4 最优小波基的选取
• 3.5 本章小结
• 第四章 简支 T 梁损伤识别的理论分析
• 4.1 简支T 梁有限元模型的建立
• 4.2 有限元计算中的小波能量分析方法
• 4.3 瞬态冲击作用下模型梁的小波能量的识别方法
• 4.4 移动荷载作用下模型梁的小波能量的识别方法
• 4.5 本章小结
• 第五章 实验结果及数据分析
• 5.1 模型设计原则及方案
• 5.1.1 模型设计依据
• 5.1.2 模型的相似要求
• 5.1.3 试验钢筋混凝土T 梁的设计
• 5.1.4 试验加载方案
• 5.2 瞬态冲击作用下加速度信号的小波能量分析
• 5.2.1 试验测试装置
• 5.2.2 实测加速度信号的降噪处理
• 5.2.3 损伤前加速度信号的小波包分解
• 5.2.4 损伤后加速度信号的小波包分解
• 5.2.5 对T 梁损伤位置的识别
• 5.3 移动荷载作用下加速度信号的小波能量分解
• 5.3.1 试验测试装置
• 5.3.2 加速度信号的降噪处理
• 5.3.3 实测加速度信号的小波包能量分析
• 5.3.4 损伤后加速度信号的小波包能量
• 5.3.5 移动荷载作用下对T 梁损伤位置的识别
• 5.4 T 梁损伤实际状态
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 今后工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果