識別簡支梁鋼橋損傷的仿真分析

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1、識別簡支梁鋼橋損傷的仿真分析摘要：簡述橋梁健康監(jiān)測的目的和意義，介紹了經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EMD）的原理及波形指數(shù)的概念。為了研究橋梁結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測問題，在有限元理論基礎(chǔ)上，運(yùn)用有ANSYS軟件，建立與試驗(yàn)室試件相對應(yīng)的簡支鋼梁有限元模型。在模擬的時(shí)間-位移關(guān)系曲線基礎(chǔ)上，經(jīng)Hilbert-Huang變換和傳統(tǒng)時(shí)幅域分析中的波形因數(shù)相結(jié)合，通過加瞬時(shí)激力于跨中，得到各位置處的指標(biāo)值及變化率，識別了損傷位置和損傷程度。中國7/vie　　Abstract：Thepurposeandsignificanceofbridgehealthmonitoringisdescribedinthispaper.Pri

2、ncipleofempiricalmodedeposition（EMD）andconceptofshapefactorareintroduced.Inordertostudythehealthmonitoringofbridgestructureproblem，basedonthefiniteelementtheory，thispaperusestheANSYSsoftentmodelofsimplesupportedbeamsteelcorrespondingtolaboratoryspecimen.Basedonsimulatedtime-displacementrelationcurve

3、，throughthebinationofHilbert-Huangtransformandtheshapefactorintraditionalamplitudedomainanalysis，theparametervaluesandchangerateofeachlocationaregotbyaddinginstantaneousexcitationforce，andthedamagelocationanddamagedegreeareidentified.　　關(guān)鍵詞：希爾伯特-黃變換；波形指數(shù)；經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解　　Key；ShapeFactor；EmpiricalModeDepositio

4、n　　中圖分類號：U446文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A：1006-4311（2017）15-0134-02　　0引言　　橋梁是國家的生命線工程，是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施，橋梁結(jié)構(gòu)在生產(chǎn)和生活中的地位和作用是舉足輕重的。通過在對橋梁結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測，可以在早期發(fā)現(xiàn)橋梁的安全隱患，采取修護(hù)措施，有效避免造成的更大經(jīng)濟(jì)損失。對橋梁進(jìn)行健康監(jiān)測利國利民，意義重大。本文結(jié)合橋梁檢測中的問題，對橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別進(jìn)行仿真模擬分析?！　?EMD原理及波形因數(shù)　　如今希爾伯特-黃[1]變換（Hilbert-HuangTransform，簡稱HHT）已被廣泛應(yīng)用到工程各個(gè)領(lǐng)域[2]。HHT的關(guān)鍵――模態(tài)分解法（EMD）能

5、將信號的各種頻率成分有效的以本征模態(tài)函數(shù)（IntrinsicModeFunction，IMF）的形式從時(shí)間曲線中分離出來。IMF屬窄帶信號，可滿足Hilbert變換[3]的要求。X（t）為振動(dòng)信號時(shí)間序列，　　式（1）表明原始數(shù)據(jù)序列X（t）可表示為IMF分量和一個(gè)殘余項(xiàng)之和。有研究表明[4]越早分解出來的IMF頻率越高。EMD分解出的每個(gè)IMF序列都是穩(wěn)態(tài)的，可以通過?ζ渥?Hilbert變換進(jìn)一步分析處理。結(jié)構(gòu)產(chǎn)生小損傷時(shí)，其物理參數(shù)的改變很小[5]，采用其物理參數(shù)識別損傷不敏感，而波形指數(shù)可很好地滿足這方面要求?！　?建模及處理　　模擬簡支梁鋼橋尺寸為576×48×5mm，鋼材選擇Q23

6、5。依照試驗(yàn)通道位置分別取關(guān)鍵點(diǎn)1、2、3、4，距離左端點(diǎn)依次為75mm、235mm、360mm、504mm；F為加載位置，選在跨中，激振力為30Hz正弦定頻激力；裂縫位置點(diǎn)F結(jié)果的波形因數(shù)比較?！　∮煞纸獾臄?shù)據(jù)可以找到損傷位置――F3與IMF2的變化率進(jìn)行比較，有明顯的增大趨勢，IMF3中F2的4.1090倍，證明更加的敏感。同樣方法將梁的裂縫深度加深為3mm，然后模擬、處理、分析數(shù)據(jù)?！　∮杀?可知，波形因數(shù)變化率最大處仍在F中D和可以結(jié)合實(shí)現(xiàn)簡支梁橋損傷位置的識別，經(jīng)EMD分解后的數(shù)據(jù)能夠提供更多的損傷信息，而且比未分解的數(shù)據(jù)效果更明顯。隨著裂縫深度的加大，數(shù)據(jù)顯示波形因數(shù)不但可以識別損

7、傷位置而且可以識別損傷程度。但仍然處在不足，如何對實(shí)體鋼橋結(jié)構(gòu)損傷識別以及HHT理論依據(jù)等問題，有待繼續(xù)研究。