大跨徑鋼桁架拱橋健康監(jiān)測系統(tǒng)傳感器優(yōu)化布置研究

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1、第36卷，第6期公路工程Vo1．36．No．62011年12月HighwayEngineeringDec．，2011大跨徑鋼桁架拱橋健康監(jiān)測系統(tǒng)傳感器優(yōu)化布置研究曾國良，江祥林，張冬兵，易漢斌(江西省交通科學研究院，江西南昌330038)【摘要]以九江長江大橋主跨鋼桁架拱橋為工程背景，以其有限元模型分析結(jié)果為基礎(chǔ)，基于擴展有效獨立法理論進行傳感器優(yōu)化布置，最終形成該橋的健康監(jiān)測系統(tǒng)傳感器測點布置?！娟P(guān)鍵詞]鋼桁架拱橋；擴展有效獨立法；傳感器優(yōu)化布置；健康監(jiān)測系統(tǒng)[中圖分類號】I5446．3[文獻標識碼]A[文章編號】1674—0610(2011)06—0032—05Theoptimalsens

2、orplacementstudyforhealthmonitoringsystemoflong-spansteeltrussarchbridgeGUOLiangzeng，XIANGLinjiang，DONGBingzhang，HANBinyi(JiangxiResearchInstituteofCommunications，Jiangxi，Nanchang，330038，China)[Abstract]Thispapertakeathreespansteeltrussarchbridgeasengineeringbackground，basedonitsFEMmodelmodalanalysi

3、sresult，optimalsensorplacementbytheeffectiveindependencealgo—rithm，proposetheaccelerationsensorplacementprogramofthebridgehealthmonitoringsystemofthebridge．[Keywords]Steeltrussarchbridge；Optimalsensorplacement；Healthmonitoringsystem；effec—tiveindependencealgorithm器配套使用的數(shù)據(jù)采集和處理設(shè)備造價較高，所以1概述希望采用盡可能少的傳感

4、器。因此，確定傳感器的對大型橋梁進行健康監(jiān)測，理論基礎(chǔ)為基于振最佳數(shù)目，并將它們配置在最優(yōu)位置，具有重要的實動的損傷識別技術(shù)，其基本思想認為損傷將顯著改用價值。變結(jié)構(gòu)的剛度、質(zhì)量或耗能能力，而引起所測結(jié)構(gòu)動一種好的傳感器配置方案應(yīng)做到以下幾點：力特性或響應(yīng)的改變，通過從監(jiān)測數(shù)據(jù)中提取全橋①在含噪音的環(huán)境中，能夠利用盡可能少的傳不同部位動力參數(shù)、信息或其衍生信息，并比對結(jié)構(gòu)感器獲取全面精確的結(jié)構(gòu)參數(shù)信息；無損狀態(tài)下的相應(yīng)信息，來實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測與②測得的模態(tài)應(yīng)能夠與模型分析的結(jié)果建立評估。大型橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)獲取信息的能力將直起對應(yīng)關(guān)系；接影響對大橋狀態(tài)的監(jiān)測與評估。結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)③能夠通過合

5、理添加傳感器對感興趣的部分比如自振頻率、振型、阻尼比，這些參數(shù)可以通過處模態(tài)進行數(shù)據(jù)重點采集；理實測振動信號來實現(xiàn)，而振動信號的采集需要通④測得的時程記錄將對模態(tài)參數(shù)的變化最為過布置傳感器來實現(xiàn)。因此傳感器布置在什么部敏感。位、傳感器使用數(shù)量的多少是一個關(guān)鍵的工作，特別除此之外，傳感器配置應(yīng)使得模態(tài)試驗結(jié)果具是對橋梁健康監(jiān)測中的現(xiàn)場測試，因受測試條件及有良好的可視性和魯棒性?，F(xiàn)場條件的限制，傳感器的布置顯得特別重要。同目前主要應(yīng)用的傳感器優(yōu)化準則主要有：有效時傳感器本身也需要一定的成本，不可能在整座橋獨立法，引、QR分解法·、MAC法¨、變形能梁結(jié)構(gòu)的所有自由度上都布置傳感器，而且與傳感法。和

6、Guyan縮聚法5種，這5種準則配置適當[收稿日期】2011—06—25[基金項目】江西省交通廳重點科技攻關(guān)項目(200810)[拓者簡介】曾國良(1982一)，男，湖南長沙人，碩士，工程師，主要研究方向為橋梁健康監(jiān)測和施工監(jiān)控。第6期曾國良，等：大跨徑鋼桁架拱橋健康監(jiān)測系統(tǒng)傳感器優(yōu)化布置研究33的優(yōu)化算法如非線性規(guī)劃法。。、序列法、推斷算矩陣為單位矩陣。從上述方程可知，當傳感器從候法nu及遺傳算法¨等，五種優(yōu)化準則與各種優(yōu)化選集合中刪除，信息也將從FIM刪除。當i個傳感算法組合形成各種各樣的優(yōu)化布置方法，并隨著數(shù)器被刪除，這新的FIMQJ的行列式可以原來的FIM學優(yōu)化方法的發(fā)展，傳感器優(yōu)化布

7、置新：法不斷形表示如下：成。目前三向加速度傳感器已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn)并走向市det()=det(Q)det(1一E)(3)場，采用三向加速度傳感器進行橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測這里的E是這相應(yīng)的第個傳感器的En值。能有效減少測點位置，并獲取相應(yīng)的節(jié)點動力響應(yīng)E=咖Q咖(4)信息，這與以前常規(guī)的采用單個自由度來進行傳感方程3表明E代表當?shù)趇個傳感器從候選傳感器優(yōu)化布置相比更省時省力，基于此理念，本文提出器集合中刪除時