基于水平支座反力影响线差分的等截面梁损伤识别方法技术

本发明专利技术公开了一种基于水平支座反力影响线差分的等截面梁损伤识别方法，步骤如下：在梁测量跨两端设置水平支座，约束测量跨的水平位移；对梁结构水平支座处设置测点并施加水平方向的移动荷载，获得梁结构水平支座反力影响线；对测点处的水平支座反力影响线做差分，通过水平支座反力影响线差分曲线的突变进行损伤定位；进一步通过测点的水平支座反力影响线差分变化进行损伤程度定量。本发明专利技术不需要梁结构未损伤信息，只需要在梁结构的水平支座设置测点，对测点数目要求少，节省了监测传感器上的费用，可对等截面梁结构损伤进行准确定位与定量，应用于等截面梁结构的损伤评估。

【技术实现步骤摘要】
基于水平支座反力影响线差分的等截面梁损伤识别方法
本专利技术涉及梁结构损伤检测
，特别涉及一种基于水平支座反力影响线差分的等截面梁损伤识别方法。
技术介绍
从改革开放以来，我国的生产力得到了释放，经济得以快速发展。而基础建设又与国家经济发展相辅相成，如桥梁建设在其中占据着一定地位。目前我国桥梁数量位于全世界首位且还在飞速增加。桥梁在服役期间，难免部分桥梁受荷载和环境的作用结构会发生损坏，而桥梁安全不仅关乎交通，更与社会发展和人民生命紧密相连。故需要对桥梁的健康状况进行监测。目前桥梁中损伤识别常用的方法可以分为动力参数和静力参数两大类。其中基于动力参数的方法，利用结构的频率、刚度矩阵、模态振型和曲率模态等因子的变化来判断结构的损伤；另一类基于静力参数的方法，通常是对结构施加静力荷载，然后根据支座反力、转角、挠度和应变等指标来对结构进行损伤识别。第一类方法对仪器的精度要求较高，且受外部环境如温度等因素的影响；第二类方法使用较为广泛，因此在测量技术和设备方面也发展的比较成熟、测量数据也更加稳定可靠。基于静力参数结构损伤识别的大部分方法都要需要损伤前的信息，作为“基准信息”。对于较早修建或建造后本身就存在损伤的桥梁可能无法提供损伤前的信息，而基于水平支座反力影响线差分的损伤识别方法不需要损伤前的“基准信息”便可实现损伤识别。随着传感器技术的发展进步，基于水平支座反力影响线差分的方法有望应用于结构的损伤识别中，目前，鲜见不需要损伤前信息的有关水平支座反力识别相关的文献报道。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种算法简单、识别效果好的基于水平支座反力影响线差分的等截面梁损伤识别方法。本专利技术解决上述问题的技术方案是：一种基于水平支座反力影响线差分的等截面梁损伤识别方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在梁结构测量跨支座处设置水平支座，约束水平位移，并在水平支座上设置测点，对梁结构施加水平移动荷载，获得测点的水平支座反力影响线；(2)对梁结构水平支座反力影响线求差分，通过水平支座反力影响线差分曲线的突变进行损伤定位；(3)利用梁结构测点的水平支座反力影响线差分变化，进行损伤程度定量。上述基于水平支座反力影响线差分的等截面梁损伤识别方法，步骤(1)中，在实际桥梁中，大部分都只固定一个支座的水平位移，所以需要设置额外的水平支座来约束测量跨的水平位移，得到测点处的水平支座反力。上述基于水平支座反力影响线差分的等截面梁损伤识别方法，步骤(1)中，在实际加载过程中，为减少水平移动荷载的加载次数和测点的水平支座反力影响线数据的数量，可使水平移动荷载按等间距加载，通过依次记录测点的水平支座反力值，得到数据量较少的水平支座反力影响线。上述基于水平支座反力影响线差分的等截面梁损伤识别方法，步骤(2)中，水平支座反力影响线差分损伤定位指标DL为：DL＝[DL2DL3…DLj…DLn-1DLn]DLj＝Rj-Rj-1(j∈[2,n])式中：下标为节点号，梁结构一端节点编号为1，另一端为n，节点数目连续并依次递增，水平移动荷载分别依次作用于各节点，DLj表示第j节点位置的水平支座反力影响线差分值，下标j表示2到n节点中的任一节点号，Rj,Rj-1分别为水平移动荷载作用于j、j-1节点位置时测点处的水平支座反力值。上述基于水平支座反力影响线差分的等截面梁损伤识别方法，步骤(3)中，根据水平支座反力影响线差分变化对损伤程度进行定量，具体损伤程度指标De计算方法如下：De＝[De(2)De(3)…De(j)…De(n-1)De(n)]具体求法以De(j)为例：分子中的DLf可用DLt替换；其中，下标j表示2到n节点中的任一节点号，下标i、i+1分别表示损伤单元左侧、右侧节点的节点号，f表示损伤单元左侧未损伤单元的节点号，f≤i；t表示损伤单元右侧未损伤单元的节点号，t≥i+2；De为损伤程度，DLf代表f节点的水平支座反力影响线差分值，DLt代表t节点的水平支座反力影响线差分值，同一测量跨内未损伤单元的水平支座反力影响线差分值相同，即DLf＝DLt。上述基于水平支座反力影响线差分的等截面梁损伤识别方法，步骤(1)、(3)中，移动荷载在梁上等间距加载时，要使测量跨节点数目不小于4个。本专利技术的有益效果在于：本专利技术对测量的等截面梁结构固定水平方向位移并施加水平移动荷载，得到梁结构水平支座处的水平支座反力影响线差分曲线，利用曲线的突变位置进行损伤定位；同时建立了结构损伤支座反力差分值计算损伤程度的显式表达式，可直接计算出各位置损伤程度并绘制成曲线图，从而看出每个位置的损伤程度；并且通过单跨梁实例，考虑多种损伤工况，验证了基于水平支座反力影响线差分在梁结构损伤识别中的应用价值，为梁结构损伤定位与定量提供了一种新型有效的方法。附图说明图1是本专利技术方法的流程框图。图2是本专利技术跨内单元损伤的单跨梁结构模型图。图3是本专利技术实施例一单跨梁有限元模型图。图4是本专利技术实施例一工况一2#的损伤定位指标DL的示意图。图5是本专利技术实施例一工况一2#的损伤定量指标De的示意图。图6是本专利技术实施例一工况二2#的损伤定位指标DL的示意图。图7是本专利技术实施例一工况二2#的损伤定量指标De的示意图。图8是本专利技术实施例一工况三2#的损伤定位指标DL的示意图。图9是本专利技术实施例一工况三2#的损伤定量指标De的示意图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明，下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图的相同数字表示相同或相似的要素。如图1所示，一种基于水平支座反力影响线差分的等截面梁损伤识别方法，具体步骤如下：1、在梁结构测量跨支座处设置水平支座，约束水平位移，并在水平支座上设置测点，对梁结构施加水平移动荷载，获得测点的水平支座反力影响线；2、对梁结构支座反力影响线求差分，通过水平支座反力影响线差分曲线的突变进行损伤定位；3、利用梁结构测点的水平支座反力影响线差分变化，进行损伤程度定量。应用步骤1：以有损伤的简支梁为例，通过约束两端的水平位移得到如图2所示的单跨梁结构模型，跨度为L，A和B为单跨梁的两个支座，梁的横截面面积为S，损伤区域的左侧距支座A的距离为a，损伤区域的长度为ε，水平荷载P作用的位置到支座A之间距离为z，未损伤区域结构的弹性模量为E，损伤区域的弹性模量为kE；图中梁下的数字和字母表示节点号，支座A为1节点，支座B为n节点，相邻节点的间距相等，节点从1到n编号连续；荷载P作用位置对应m节点，损伤区域左端为i节点，右端为i+1节点，f代表损伤区域左边的节点(f∈[2,i])，t代表损失区域右边的节点(t∈[i+2,n])；求支座B的水平支座反力，根据变形协调方程有：δ＝δ1,i+δi,i+1+δi+1,n＝0(1)式中δ为整个梁的水平变形，δ1,i为1到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于水平支座反力影响线差分的等截面梁损伤识别方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)在梁结构测量跨支座处设置水平支座，约束水平位移，并在水平支座上设置测点，对梁结构施加水平移动荷载，获得测点的水平支座反力影响线；/n(2)对梁结构水平支座反力影响线求差分，通过水平支座反力影响线差分曲线的突变进行损伤定位；/n(3)利用梁结构测点的水平支座反力影响线差分变化，进行损伤程度定量。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于水平支座反力影响线差分的等截面梁损伤识别方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在梁结构测量跨支座处设置水平支座，约束水平位移，并在水平支座上设置测点，对梁结构施加水平移动荷载，获得测点的水平支座反力影响线；
(2)对梁结构水平支座反力影响线求差分，通过水平支座反力影响线差分曲线的突变进行损伤定位；
(3)利用梁结构测点的水平支座反力影响线差分变化，进行损伤程度定量。


2.根据权利要求1所述的基于水平支座反力影响线差分的等截面梁损伤识别方法，其特征在于：步骤(1)中，在实际桥梁中，大部分都只固定一个支座的水平位移，所以需要设置额外的水平支座来约束测量跨的水平位移，得到测点处的水平支座反力。


3.根据权利要求1所述的基于水平支座反力影响线差分的等截面梁损伤识别方法，其特征在于：步骤(1)中，在实际加载过程中，为减少水平移动荷载的加载次数和测点的水平支座反力影响线数据的数量，可使水平移动荷载按等间距加载，通过依次记录测点的水平支座反力值，得到数据量较少的水平支座反力影响线。


4.根据权利要求1所述的基于水平支座反力影响线差分的等截面梁损伤识别方法，其特征在于：步骤(2)中，水平支座反力影响线差分损伤定位指标DL为：
DL＝[DL2DL3…DLj…DLn-1DLn]
DLj＝Rj-Rj-1(j∈[2,n])

【专利技术属性】
技术研发人员：唐盛华，张佳奇，秦付倩，成鹏，刘宇翔，杨文轩，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43