城市道路高架桥作为城市道路立体交通工程的主要形式之一,具有投资少、建设周期短、对地面交通影响小等突出优点,因而得到了广泛应用。在不中断交通的情况下,如何利用(准)分布式应变传感技术对城市道路高架桥进行连续监测和对结构中的损伤实现快速识别,对保障城市道路高架桥的安全运营具有积极意义。因此,本文通过理论推导、数值模拟和试验论证等方式,对城市道路高架桥基于宏应变的损伤识别方法及相关内容开展了研究。主要内容如下:1.提出并系统研究了“频域宏应变工作变形”的动力指标(1)本文从结构动力学基本理论和光纤光栅应变传感器工作原理出发,推导了宏应变频响函数、宏应变传递率函数,并据此提出了“频域宏应变工作变形(OMSS)”的动力指标,建立了相应的数学表达式,并形成了三种识别方法。该指标物理意义明确、表达形式简单,识别方法可靠。(2)通过对系统的零点、极点和宏应变传递率函数的讨论,详细分析了OMSS的特性;简述了OMSS与宏应变模态振型(SMS)的联系与区别;以简支梁为例,讨论了不同频率选择、激励位置和激励条件对OMSS的影响。(3)从宏应变、系统零点以及宏应变传递率函数(STF)等三个构成OMSS的关键元素出发,推导了受结构特征参数变化影响的敏感度公式,证明了OMSS对结构局部损伤高度敏感。2.研究了理想平稳激励和非平稳激励条件下的结构损伤识别方法(1)依据OMSS的特点,提出了基于OMSS的损伤位置识别方法;依据STF的特点,发展了基于STF的损伤跟踪识别方法;通过数值案例验证了平稳激励条件下方法应用的有效性。(2)依据实桥测试数据,阐述了由于车辆激励的非平稳特性导致桥梁模态辨识的困难;通过算例分析了因激励的非平稳性导致损伤位置识别效果不佳的原因,并提出问题的解决方案;通过提出的“频率决定”问题的“关键步骤一”和“关键步骤二”两种策略,进一步发展了基于OMMS的结构损伤识别方法,并通过数值案例进行了验证。3.开展了车桥耦合作用下的结构损伤识别应用研究(1)建立了车桥耦合系统的动力学模型,综合考虑了路面不平整度、车辆运行速度、车桥质量比等因素对损伤识别效果的影响;针对时变参数系统,引入质量控制法,利用统计学中的休哈特控制图最大程度降低了对无损结构的损伤误判概率,同时也提高了对有损结构的损伤定位精度。(2)通过力锤冲击激励和模拟行车荷载激励,在实验室内对受切割损伤的三跨连续梁桥结构模型开展动力试验研究,验证了所提的OMSS指标准确性和损伤识别方法的有效性。(3)验证了瞬时宏应变传递率函数是实现“频率决定”问题中的“关键步骤一”的有效工具,并对现实桥梁的损伤识别操作予以关键型技术指导。(4)以某城市道路高架梁桥为工程应用背景,基于ANSYS平台和多体动力学理论,对结构和车辆进行了精细化建模,并模拟了桥梁的工作状态和监测条件;依托本文所提方法,对结构宏应变响应数据进行分析,实现了对桥梁预设损伤的位置和发展状态的有效识别。最后,科学制定了城市道路高架桥基于宏应的结构损伤快速识别的具体流程说明和流程图。本文创新点如下:(1)提出“频域宏应变工作变形(OMSS)”,用以描述结构在受迫振动下的频域线性或非线性动力行为特征,并证明了其对结构特征参数的变化高度敏感,藉此发展了基于OMSS的结构损伤位置识别方法。(2)通过“以正向寻找系统极点”和“以逆向寻找激励最弱影响频率点”两个关键步骤,成功解决了“频率决定”这一核心问题,保证了非平稳激励下对时变参数系统(车桥耦合系统)的损伤定位精度。(3)以损伤和未损单元间的宏应变传递率函数的相关性为分析基础,建立了结构的损伤跟踪识别方法,实现了对结构损伤发展程度和速度的密切跟踪监测。