【摘 要】
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随着既有桥梁服役期的增加,结构不可避免地产生损坏,损伤的累积和刚度的退化给桥梁结构带来极大的安全隐患,能够对结构早期的损伤进行有效识别,对于工程结构的安全运行以及降低维护的成本具有重要的现实意义。同时在工程中由于传感器数量或其它测量技术条件的限制,往往面临测试数据稀少的困境。有鉴于此,本文针对不完备静态响应数据的结构损伤识别问题,研发适用于结构损伤识别的数理模型和算法,提出基于位移准则法的结构单元
【基金项目】
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国家重点研发计划（2018YFB1600304）；
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随着既有桥梁服役期的增加,结构不可避免地产生损坏,损伤的累积和刚度的退化给桥梁结构带来极大的安全隐患,能够对结构早期的损伤进行有效识别,对于工程结构的安全运行以及降低维护的成本具有重要的现实意义。同时在工程中由于传感器数量或其它测量技术条件的限制,往往面临测试数据稀少的困境。有鉴于此,本文针对不完备静态响应数据的结构损伤识别问题,研发适用于结构损伤识别的数理模型和算法,提出基于位移准则法的结构单元层次损伤识别方法。主要研究工作和成果如下:（1）将不完备信息下的结构损伤识别问题归结为结构参数识别的最优化问题,进而转化为对目标函数的最优化求解问题。以逼近位移测量值为目标函数,采用优化准则法,基于Kuhn-Tucker条件、灵敏度和Taylor展开式,建立了结构单元层次静力损伤识别方法,并利用MATLAB平台编制了计算程序。通过算例分析表明,在仅测得一半挠曲位移、未知全部转角的有限信息状况下,所提算法能有效实现损伤单元定位和损伤程度的定量化,即使对于结构的微小损伤,识别效果亦较佳。（2）针对工程中经常面临静力响应测试数据稀少的现实情况,研究了静力损伤识别测点的优化布置问题。通过建立悬臂梁和简支梁各节点位移与单元刚度函数关系,进而推导出节点位移对各单元变量的灵敏度表达式,据此提出了悬臂梁和简支梁位移测点的布置原则,其有效性通过算例测试得到验证。（3）针对传统双因子优化准则算法中几何阻尼因子迭代过程赋值完全依赖操作人工调控,主观性较强,取值的合理性很难把握的问题,本文引入Sigmoid函数并通过建立几何阻尼因子与目标函数值间的非线性函数关系对其加以改进,进而提出一种迭代因子的自适应算法。算例测试表明,改进后算法有效避免了迭代过程中可能出现的振荡甚至不收敛情况,可更高效合理的逼近稳态解。（4）针对当位移测点数据过于稀少,仅依据静力位移准则法进行损伤识别效果势必下降的问题,静力位移是反映结构整体性能的指标,而静力应变则反馈的是结构的局部性能,在测试信息不完备条件下将二者结合,提出了综合静力位移和应变二元信息的结构损伤识别方法。数值结果表明在不完备静力测试信息的条件下,能够很好的确定损伤发生的位置,以及评估其损伤程度。
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