一种桥梁损伤检测方法

摘要

本发明通过现场实验，测试得到车辆过桥导致的桥梁底部测点挠度响应；然后结合车辆车轴信息，引入多段函数模型经数学反算求得测点的挠度影响线(该影响线包含桥梁损伤相关信息)；基于测点位置建立能反应未损状态的基函数‑“未损基函数”；结合挠度影响线和未损基函数构建损伤指标，通过损伤指标曲线局部峰值点可进行损伤定位。根据已经识别出来的损伤位置信息构建能够描述损伤程度的基函数‑称之为“损伤基函数”，联立桥梁实际挠度影响线、未损基函数及损伤基函数，通过最小二乘拟合计算实现对损伤程度的有效识别。本发明解决了现有桥梁损伤检测方法存在的需要未损状态信息的难题，且试验简单、测试数据信息量大，具有很强的实用意义和价值。

权利要求

1.一种桥梁损伤检测方法，其特征在于；包括下述步骤：步骤一 桥梁实际影响线测试与提取

采用已知轴重、轴距和轴数的车辆，从桥梁一端上桥并以速度v过桥，进行测试，以频率f进行采样，得到桥梁上各测点的动力响应，得到实际动力响应；选取车辆第一轴上桥至最后一轴出桥时间段内的实际挠度响应作为桥梁挠度影响线提取的计算数据；引入公式(4)所描述的桥梁挠度影响线模型，经最小二乘拟合计算确定模型中各参数从而获取桥梁的影响线信息；

所述公式(4)为：

DIL＝[I1,I2,...,IN-1,IN]    (4)其中第i段函数可表示为Ii＝aix3+bix2+cix+di,参数ai,bi,ci和di是第i段函数式的具体系数，x的取值范围取决于第i段的起始点位置；所述i选自1,2,...,N中任意一个整数；所述N大于等于20；当DIL用函数表达时，记为DIL(x)；

公式(4)中各段之间的连接条件以及边界条件表示为公式(5)，其中Lb表示桥梁跨度，N表示分段函数段数；

引入该多段模型和连接条件后，从实际动力响应中计算提取影响线；通过对实际动力响应进行拟合计算得到各段函数系数ai,bi,ci和di，步骤二 未损基函数的建立

基于测点位置信息lP构建未损基函数ξ0；M表示在静定梁结构的lp位置施加单位荷载后梁的弯矩，其表达式为公式(1)：单位荷载作用于测试点位置lP时，任意梁截面位置s处的弯矩函数表达式为：定义 表示单位虚拟力作用在任意位置x(0≤x≤Lb)处时梁任意截面s处的弯矩，其函数表达式为公式(6)，桥梁任意截面s(0≤s≤Lb)处的弯矩会随着作用点位置x而改变；

定义未损基函数ξ0(x)：

步骤三 构建损伤指标DI(x)(damage index)，进行损伤定位定义：

DI(x)＝DIL(x)-λ·ξ0(x)    (8)其中：

当用图形形式描述DI(x)时，它是一条横轴取值为(0-Lb)、纵轴描述损伤情况的曲线，即损伤指标曲线；该曲线的局部峰值点位置即为损伤发生位置，由此特性可实现损伤定位。

2.根据权利要求1所述的一种桥梁损伤检测方法，其特征在于：完成步骤一、二、三后，还包括下述步骤：步骤D构建损伤基函数

假定经损伤指标曲线确定的损伤位置点到测试车辆上桥端的距离为lS，结合公式(1)定义损伤基函数ξ1(x)：此处，ξ1(x)表示仅存在一处损伤的情况；

当有多处位置存在局部损伤时，假定经损伤指标曲线确定的第n个损伤位置点到桥梁端部(车辆上桥端)距离为lSn，不同位置的损伤基函数依次用ξ1(x)、ξ2(x)、...、ξn(x)表示(n>1)；结合公式(1)，ξn(x)可表达如下：步骤E基于最小二乘拟合，进行损伤程度识别

用未损基函数ξ0(x)和损伤基函数ξ1(x)、ξ2(x)、...、ξn(x)一起去拟合提取的影响线DIL(x)，得到公式(12)，通过最小二乘计算求解即可得到相应的参数值β0，β1，...，βn；

DIL(x)＝β0ξ0(x)+β1ξ1(x)+…+βnξn(x)    (12)上述求解所得的β0，β1，...，βn即可反应损伤程度。

3.根据权利要求2所述的一种桥梁损伤检测方法，其特征在于：通过最小二乘计算求解得到相应的参数值β0，β1，...，βn后；

假定各段损伤处的刚度折减因子用αj(j＝1,2,...,n)表示，损伤区长度用δj(j＝1,

2,...,n)表示；则有

当有明确的损伤区长度δj时，其对应折减因子αj可结合(13)计算得到；当损伤定位确定后；此时损伤区长度δj视为已知量。

4.根据权利要求1或2所述的一种桥梁损伤检测方法，其特征在于：所述N大于等于25。

5.根据权利要求1或2所述的一种桥梁损伤检测方法，其特征在于：所述f的取值为桥梁基频的10倍以上。

6.根据权利要求1或2所述的一种桥梁损伤检测方法，其特征在于：所述v的取值为小于等于2m/s。

7.根据权利要求1或2所述的一种桥梁损伤检测方法，其特征在于：所述测点的个数大于等于1。

8.根据权利要求1或2所述的一种桥梁损伤检测方法，其特征在于：所述桥为等截面简支梁桥。

9.根据权利要求2所述的一种桥梁损伤检测方法，其特征在于：所述检测方法还能识别出未损状态或未损区间梁截面的抗弯刚度；

说明书

一种桥梁损伤检测方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种桥梁损伤检测方法；属于土木工程应用技术领域。

背景技术

[0002] 了解结构损伤状态的变化，使损伤积累尚未达到威胁结构安全的程度之前能被检测出来，不仅关系到结构使用安全，而且对于决定是否对结构进行修复，何时修复具有重要的意义。桥梁健康监测领域中关注最多的是损伤特征的提取，结构损伤检测是关系到其安全性的核心问题。

[0003] 基于结构动力特性(基于振动)的损伤检测方法在近二十年来比较广泛，典型的如基于模态参数(频率、模态振型、阻尼比、应变模态等)及其分支的损伤检测研究。这些基于振动的无损检测方法通常需要大量的传感器数据去获取精确的模态参数信息，对于实际工程结构会导致大量的时间成本和经济成本。不仅如此，损伤检测效果对频率或振型的微小偏差非常敏感，识别误差和测试噪音存在使得这些方法仅对数值模拟算例有很好的效果，而无法较好用到实际。考虑移动车辆荷载作用的损伤检测研究，比较接近桥梁实际运营情况，而且桥梁响应多具有较高信噪比，此方面研究最近几年逐渐引起关注。

[0004] 以上方法多都需要与结构未损状态下的信息比较来识别损伤，而对于已有结构，其未损状态下结构特征信息很难获得，不具可行性。对于这一问题，一些滤波的方法被用于对现有模态数据信息处理来得到未损时的信息，但是对于损伤检测结果质量并无实质突破，且需要获取实际结构精确的模态信息。

[0005] 总体而言，由于结构局部损伤的对整体特征的影响十分有限，损伤检测效果对结构特征参数的微小变化非常敏感，而测试误差、识别误差、测试噪音等往往不可避免，这导致当前的损伤检测方法普遍存在以下两方面的问题：1)需要未损状态下的特征参数信息作参考比较；2)多数方法仅在数值仿真及模型试验阶段具有一定可行性，应用到实际结构效果往往都不理想。

发明内容

[0006] 本发明提供一种基于影响线的损伤检测方法，在不需要未损状态结构信息的情况下实现对桥梁损伤的有效识别，包括损伤定位和定量。

[0007] 本发明为一种基于影响线桥梁损伤检测方法；包括下述步骤：

[0008] 步骤一桥梁实际影响线测试与提取

[0009] 采用已知轴重、轴距和轴数的车辆，从桥梁一端上桥并以速度v过桥，进行测试，以频率f进行采样，得到桥梁上各测点的动力响应，得到实际动力响应；选取车辆第一轴上桥至最后一轴出桥时间段内的实际挠度响应作为桥梁挠度影响线提取的计算数据；引入公式(4)所描述的桥梁挠度影响线模型，经最小二乘拟合计算确定模型中各参数从而获取桥梁的影响线信息；

[0010] 所述公式(4)为：

[0011] DIL＝[I1,I2,...,IN-1,IN]   (4)

[0012] 其中第i段函数可表示为Ii＝aix3+bix2+cix+di,参数ai,bi,ci和di是第i段函数式的具体系数，x的取值范围取决于第i段的起始点位置；所述i选自1,2,...,N中任意一个整数；所述N大于等于20；当DIL用函数表达时，记为DIL(x)。

[0013] 公式(4)中各段之间的连接条件以及边界条件表示为公式(5)，其中Lb表示桥梁跨度，N表示分段函数段数；

[0014]

[0015] 引入该多段模型和连接条件后，从实际动力响应中计算提取影响线；通过对实际动力响应进行拟合计算得到各段函数系数ai,bi,ci和di；

[0016] 步骤二未损基函数的建立

[0017] 基于测点位置信息lP构建未损基函数ξ0；M表示在静定梁结构的lp位置施加单位荷载后梁的弯矩，其表达式为公式(1)：

[0018] 单位荷载作用于测试点位置lP时，任意梁截面位置s处的弯矩函数表达式为：

[0019]

[0020] 定义 表示单位虚拟力作用在任意位置x(0≤x≤Lb)处时梁任意截面s处的弯矩，其函数表达式为公式(6)，桥梁任意截面s(0≤s≤Lb)处的弯矩会随着作用点位置x而改变；

[0021]

[0022] 定义未损基函数ξ0(x)：

[0023]

[0024] 步骤三构建损伤指标DI(x)(damage index)，进行损伤定位

[0025] 定义：

[0026] DI(x)＝DIL(x)-λ·ξ0(x)   (8)

[0027] 其中：

[0028]

[0029] 当用图形形式描述DI(x)时，它是一条横轴取值为(0-Lb)、纵轴描述损伤情况的曲线，即损伤指标曲线；该曲线的局部峰值点位置即为损伤发生位置，由此特性可实现损伤定位。

[0030] 作为优选方案；本发明为一种基于影响线桥梁损伤检测方法；包括下述步骤：

[0031] 步骤A桥梁实际影响线测试与提取

[0032] 采用已知轴重、轴距和轴数的车辆，从桥梁一端上桥并以速度v过桥，进行测试，以频率f进行采样，得到桥梁上各测点的动力响应；选取车辆第一轴上桥至最后一轴出桥时间段内的实际挠度响应作为桥梁挠度影响线提取的计算数据；引入公式(4)所描述的桥梁挠度影响线模型，经最小二乘拟合计算确定模型中各参数从而获取桥梁的影响线信息；

[0033] 所述公式(4)为：

[0034] DIL＝[I1,I2,...,IN-1,IN]   (4)

[0035] 其中第i段函数可表示为Ii＝aix3+bix2+cix+di,参数ai,bi,ci和di是第i段函数式的具体系数，x的取值范围取决于第i段的起始点位置；所述i选自1,2,...,N中任意一个整数；所述N大于等于20；当DIL用函数表达时，记为DIL(x)。

[0036] 公式(4)中各段之间的连接条件以及边界条件表示为公式(5)，其中Lb表示桥梁跨度，N表示分段函数段数；

[0037]

[0038] 引入该多段模型和连接条件后，从实际动力响应中计算提取影响线的具体过程可参考专利(专利号：201510212858.9)进行；通过对实际动力响应进行拟合计算得到各段函数系数ai,bi,ci和di；

[0039] 步骤B未损基函数的建立

[0040] 基于测点位置信息lP构建未损基函数ξ0；M表示在静定梁结构的lp位置施加单位荷载后梁的弯矩，其表达式为公式(1)：

[0041] 单位荷载作用于测试点位置lP时，任意梁截面位置s处的弯矩函数表达式为：

[0042]

[0043] 定义 表示单位虚拟力作用在任意位置x(0≤x≤Lb)处时梁任意截面s处的弯矩，其函数表达式为公式(6)，桥梁任意截面s(0≤s≤Lb)处的弯矩会随着作用点位置x而改变；

[0044]

[0045] 定义未损基函数ξ0(x)：

[0046]

[0047] 步骤C构建损伤指标DI(x)(damage index)，进行损伤定位

[0048] 定义：

[0049] DI(x)＝DIL(x)-λ·ξ0(x)   (8)

[0050] 其中：

[0051]

[0052] 当用图形形式描述DI(x)时，它是一条横轴取值为(0-Lb)、纵轴描述损伤情况的曲线，即损伤指标曲线；该曲线的局部峰值点位置即为损伤发生位置，由此特性可实现损伤定位；

[0053] 步骤D构建损伤基函数

[0054] 假定经损伤指标曲线确定的损伤位置点到测试车辆上桥端的距离为lS，结合公式(1)定义损伤基函数ξ1(x)：

[0055]

[0056] 此处，ξ1(x)表示仅存在一处损伤的情况；

[0057] 当有多处位置存在局部损伤时，假定经损伤指标曲线确定的第n个损伤位置点到桥梁端部(车辆上桥端)距离为lSn，不同位置的损伤基函数依次用ξ1(x)、ξ2(x)、...、ξn(x)表示(n>1)；结合公式(1)，ξn(x)可表达如下：

[0058]

[0059] 步骤E基于最小二乘拟合，进行损伤程度识别

[0060] 用未损基函数ξ0(x)和损伤基函数ξ1(x)、ξ2(x)、...、ξn(x)一起去拟合提取的影响线DIL(x)，得到公式(12)，通过最小二乘计算求解即可得到相应的参数值β0，β1，...，βn；

[0061] DIL(x)＝β0ξ0(x)+β1ξ1(x)+…+βnξn(x)   (12)

[0062] 上述求解所得的β0，β1，...，βn即可反应损伤程度。

[0063] 作为优选方案，通过最小二乘计算求解得到相应的参数值β0，β1，...，βn后；

[0064] 假定各段损伤处的刚度折减因子用αj(j＝1,2,...,n)表示，损伤区长度用δj(j＝1,2,...,n)表示；则有

[0065]

[0066] 当有明确的损伤区长度δj时，其对应折减因子αj可结合(13)计算得到；当损伤定位确定后；此时损伤区长度δj视为已知量。

[0067] 公式(13)-(14)表明本专利方法不仅可以实现损伤定位和损伤程度识别，还能识别出未损状态或未损区间梁截面的抗弯刚度。

[0068]

[0069] 其中EI表示未损段梁的抗弯刚度。

[0070] 关于从车辆过桥动力响应中提取桥梁实际影响线的问题，已有了一定的前期研究基础，如专利(专利号：201510212858.9)首次提出了从车辆匀速过桥的动力响应中反算影响线的方法，专利(专利号：201710399585.2)考虑了速度不均匀的情况，通过引入速度时程曲线更加准确地获取影响线信息。进一步深入时，对于桥梁结构发生损伤情况，上述方法所用影响线模型均是以测试点位置为界的两段多项式模型，不能较好描述、包含损伤特征。

[0071] 当桥梁结构存在局部损伤时，损伤段抗弯刚度折减，对于简支梁桥，同一荷载作用下导致的挠度响应比未损时大。基于位移互等定理，桥梁某截面测点的挠度影响线即等于单位荷载作用于该测点位置时的挠曲线。以单处局部损伤为例(见图1所示)，损伤前、后桥梁挠度影响线(挠曲线)特征如下：

[0072] 图1中：Lb为桥梁总长度；lP表示测试点位置，指测点所在截面到桥梁起始端的距离；ls表示损伤点位置，指损伤区域中心点到桥梁起始端的距离；δ指损伤区域长度，即损伤范围在(ls-0.5δ,ls+0.5δ)；α(0<α<1)表示损伤区域刚度折减程度，未损段梁的抗弯刚度为EI，损伤段的抗弯刚度为(1-α)EI。

[0073] 单位荷载作用于测试点位置lP时，任意梁截面位置s处的弯矩为：

[0074]

[0075] 各截面转角θ表达式为：

[0076]

[0077] 公式(2)中，C为积分常数；x和s类似，用于表示任意梁截面位置。

[0078] 梁的挠曲线为：

[0079]

[0080] 根据式(1)-(3)理论分析；发现：损伤梁桥的挠度影响线(挠曲线)在测点位置和损伤段起、止点位置分段的三次函数。

[0081] 在损伤位置不确定的情况下，仅采用在测点位置分界的两段函数作为影响线模型，会导致损伤信息丢失，明显地不具合理性。基于此，本发明在已有基础上，提出一种多段函数模型(见图2所)，来描述包含未知损伤的梁桥挠度影响线。将图2中的挠度影响线沿其桥长方向等分为N段(非等分也能适用于本发明)，如式(4)。I1，I2,...,IN各段函数表达式不同，可描述各段之间抗弯刚度不同的情况；相邻两段之间连续、一阶可导、二阶可导。可以看出，随着模型段数的增多，无论损伤发生在何处，该模型都能准确地描述损伤后的挠度曲线特征。

[0082] DIL＝[I1,I2,...,IN-1,IN]   (4)

[0083] 其中第i段(i＝1,2,...,N)可表示为Ii＝aix3+bix2+cix+di,参数ai,bi,ci和di是该段函数式的具体系数，x的取值范围取决于第i段的起始点位置。各段之间的连接条件以及边界条件表示如公式(5)，其中Lb表示桥梁跨度。

[0084]

[0085] 引入该多段模型和连接条件后，从实际动力响应中计算提取影响线的具体过程可参考专利(专利号：201710399585.2)进行。通过对动力响应进行拟合计算得到各段函数系数ai,bi,ci和di，最终提取挠度影响线。

[0086] 作为优选方案，所述N大于等于25。

[0087] 作为优选方案，所述f的取值为桥梁基频的10倍以上。

[0088] 作为优选方案，所述v的取值为小于等于2m/s。

[0089] 作为优选方案，所述测点的个数大于等于1、进一步优选为1-10。

[0090] 作为优选方案，所述桥为等截面简支梁桥。

[0091] 本发明所提供的方法，结合现有技术中的损伤定位方法，在获取本发明所求解的特殊影响线后，也能用于桥梁损伤检测。

[0092] 在本发明中，桥梁损伤检测包含两层意思，一层为定位信息的获取、一层为定量信息的获取。

[0093] 原理与优势

[0094] 本发明以移动车辆作用下桥梁动力响应为研究对象，基于对实际桥梁影响线的提取计算，提出一种桥梁损伤检测方法。

[0095] 本发明优选技术方案的基本原理包括：

[0096] (1)提出了一种分多段的三次函数模型，相邻段之间满足一定的连续性条件。采用该函数模型从动力响应中提取的影响线能较好包含、保留损伤信息。

[0097] (2)基于测试点位置lp构建的未损基函数不等同于未损状态下相应类型的基准信息，但与之成比例关系，具有相似性。因此可以认为，构建的未损基函数能一定程度地代表未损状态下基准信息。

[0098] (3)损伤基函数的构建需以损伤定位为基础，损伤基函数的构建利于对损伤程度的有效识别。

[0099] (4)将未损基函数、损伤基函数及挠度影响线均匀离散成等长向量，再进行最小二乘拟合计算，能准确识别出各局部损伤点的损伤程度。

[0100] 主要优势包括：

[0101] (1)本发明以移动车辆作用下桥梁动力响应为研究对象，提出一种桥梁损伤检测方法，整个实施过程仅基于现有状态，而不需要桥梁结构未损状态下的信息作比较，该损伤检测方法具有较高实用性。

[0102] (2)基于移动车辆作用下桥梁动力响应提取的桥梁影响线，与振型信息一样是桥梁固有特征曲线、且能反应桥梁损伤影响。但相比桥梁振型而言，影响线更容易准确获得、且数据信息量丰富，更适合用于损伤检测研究。

[0103] (3)本发明改变了传统损伤检测方法多限于数值仿真或理论计算阶段，在现场测试中难以取得较好效果的现状，同时数据测试简单、经济成本低，具有很强的实用意义和价值。

附图说明

[0104] 附图1为损伤桥梁模型图，其中损伤段长度δ，损伤段桥梁刚度为(1-α)EI，无损截面刚度为EI。

[0105] 附图2为多段函数模型图。

[0106] 附图3为移动车辆过桥时测点位置挠度响应曲线。

[0107] 附图4为4/8Lb处测点四种方法计算所得挠度影响线对比图。

[0108] 附图5为简支梁不同测点处损伤定位指标曲线图(单处损伤)。

[0109] 附图6为简支梁不同测点处损伤定位指标曲线图(两处损伤)。

[0110] 附图7为简支梁基函数对比图(两处损伤)。

[0111] 附图8为简支梁挠度影响线各分量对比图(两处损伤，4/8Lb处测点)。

[0112] 附图9为简支梁挠度影响线差值对比图(4/8Lb处测点)，包括损伤及未损状态下影响线提取值与真实值的对比。

[0113] 附图10为模型试验现场图。

[0114] 附图11为桥梁模型图。

[0115] 附图12为试验加载车辆模型。

[0116] 附图13为人工牵引与移动距离测试图。

[0117] 附图14为模型车辆过桥动挠度响应时程曲线。

[0118] 附图15为模型车辆移动过桥的速度和位移时程曲线图。

[0119] 附图16为一处损伤情况下静载与动载试验得到的影响线对比图。

[0120] 附图17为一处损伤时的损伤指标及定位图。

[0121] 附图18为两处损伤时的损伤指标及定位图。

[0122] 附图19为挠度影响线各分量图，包含一处损伤的影响部分及未损部分等。其中损伤部分的影响放大5倍以便清晰显示和对比观察。

[0123] 附图20为挠度影响线各分量图，包含两处损伤的影响部分及未损部分等。其中损伤部分的影响放大5倍以便清晰显示和对比观察。

具体实施方式

[0124] 实施例1

[0125] 针对基于影响线的损伤检测方法，开展2轴车辆过桥的数值仿真动力响应计算与分析研究，计算所涉及的车辆模型参数如表1：

[0126] 表1.数值计算用车辆参数

[0127]

[0128] 数值仿真用到简支梁桥主要参数包括：桥长Lb＝16m，抗弯刚度EI＝4.36×109N·m2，线密度ρ＝1.07×104kg/m，阻尼比0.02。数值模拟中考虑了两种损伤情况，单处损伤：ls＝6.5m，δ＝1m，α＝0.2；两处损伤：ls1＝7.5m和ls2＝11.5m，δ1＝1m，α1＝0.3，δ2＝1m，α2＝0.2。为保证数值模拟的准确性，采用平均速度2m/s的较低车速，在低速情况下不考虑路面不平顺的影响。在位移响应中添加一定的白噪声信号模拟实际测试中不可避免的测试噪声。车桥耦合模型隐式积分的时间步长设置为0.001s，响应的输出频率设置为100Hz。两轴车模型以2m/s的车速通过简支梁的挠度响应如图3所示，挠度信号中添加有5％的白噪声信号。运用多段函数模型对挠度信号进行拟合计算，提取损伤状态下桥梁挠度影响线，具体计算时，采用40段三次函数拟合损伤后的挠度影响线，并使用移动平均滤波(MAF)工具，对
0.4m范围内的离散点数进行平均，消除所提取的挠度影响线中存在的短波动扰动。提取2/
8Lb、3/8Lb、4/8Lb、5/8Lb和6/8Lb等五个测点的挠度影响线(DIL)，图4对跨中测点挠度影响线进行了比较。

[0129] 提取损伤梁桥挠度影响线DIL之后，按本发明方法进行损伤定位和损伤程度识别。损伤定位所需的基函数ξ0(x)与测点位置有关，分别构造2/8Lb、3/8Lb、4/8Lb、5/8Lb和6/8Lb等五个测点位置的基函数，带入公式(8)和(9)，建立损伤定位指标。五个测点位置不同损伤情况下的损伤指标曲线如图5、图6所示。可以看出，对于两种损伤情况，接近中跨位置(如3/
8Lb～5/8Lb)损伤指标的局部波峰比较明显，而两侧(如2/8Lb和6/8Lb)的损伤指标局部波峰不明显。对3/8Lb，4/8Lb和5/8Lb三个损伤指标取均值，得到平均损伤指标曲线并建立峰值点，峰值点位置即为损伤位置。通过损伤指标识别的损伤位置在图5和图6中已标明白，非常接近真实的损伤点位置。

[0130] 确定损伤位置之后，构建损伤基函数ξi(x)。对于一处损伤情况，通过将DIL、ξ0(x)和ξ1(x)代入式(12)运用最小二乘原理即可求解得到系数β0和β1，进而可以确定抗弯刚度折减系数α。对于两处损伤情况，通过将DIL、ξ0(x)、ξ1(x)和ξ2(x)代入式(12)运用最小二乘原理即可求解得到系数β0、β1和β2，进而可以确定抗弯刚度折减系数α1和α2。

[0131] 图7所示为梁结构有两处损伤时的基函数ξ0(x)、ξ1(x)和ξ2(x)曲线图，可以看出三个基函数处于相同的量级，ξ0(x)只与测点位置有关，ξ1(x)和ξ2(x)测点位置和损伤位置有关。以4/8Lb处测点为例，对于两处损伤的工况，图8显示了β0ξ0(x)、β1ξ1(x)和β2ξ2(x)等拟合函数各个分量的曲线图。显然，β0ξ0(x)与未损状态下的影响线(用DILu表示)相一致，β0ξ0(x)、β1ξ1(x)和β2ξ2(x)三者之和与损伤后挠度影响线DIL一致。进一步地，图9给出了β0ξ0(x)与DILu，以及β0ξ0(x)、β1ξ1(x)和β2ξ2(x)之和与DIL的差值曲线，从量纲上看差值极小，说明拟合效果良好。

[0132] 损伤检测结果见表2。

[0133] 表2损伤检测结构-数值仿真

[0134]

[0135] 注：EI0表示对刚度EI的识别值

[0136] 该数值算例表明无论单处损伤还是两处损伤，所检测到的损伤位置和损伤程度与真实值基本一致。特别地，当挠度测点位置位于3/8Lb～5/8Lb时有利于对简支梁桥的损伤检测识别。

[0137] 实施例2

[0138] 模型介绍

[0139] 进行实验室模型试验，对本发明基于桥梁影响线的损伤检测方法作进一步验证。试验现场布置如图10，试验组成包括：桥梁模型、横向挡板、加载车辆、速度采集装置、位移传感器及动态信号测试仪器。桥梁模型主梁包括两片独立的钢梁，一片是三跨测试梁，分别为1.5m的上桥跨、5m的试验跨及1.5m的出桥跨，试验跨上制造人工损伤。另一片为辅助梁，辅助梁上固定有一个平滑导轨，用以支撑加载车辆的“V”形轮，使测试车辆的“V”形轮沿导轨方向直线移动。两片工字钢梁相互独立，其中心线横向间距为0.258m，与加载车辆的横向轮距一致。测试梁和辅助梁都采用截面尺寸为100mm×68mm×4.5mm的10a号工字钢。测试梁设有人为损伤，损伤位置和损伤区域尺寸可以通过测量得到，根据损伤区域尺寸估算抗弯刚度折减系数。第一处损伤：损伤位置ls1＝2.13m，损伤区域δ1＝0.15m，抗弯刚度折减系数α1＝0.28～0.30；第二处损伤：损伤位置ls2＝3.13m，损伤区域δ2＝0.15m，抗弯刚度折减系数α2＝0.42～0.45。试验整体模型布置如图11所示。

[0140] 加载车辆模型如图12所示，车身设计为0.34m×0.56m×0.20m长方体，车辆总重约为40kg。在其中一侧前后分别设置一个“V”型车轮，轴距为0.49m，另一侧仅中间部位设置一个“V”车轮。两侧车轮的横向间距为0.258m，与梁体横向间距相等。该模型车可提供恒定的轴重荷载，每个轮子的轴重以静态方式测量，三轴轴重分别为m1＝16.7kg，m2＝8.55kg，m3＝8.56kg。试验时，可用本测试车辆分别实现单轴加载和双轴加载试验。模型车辆由人工牵引移动，利用激光测距仪测试、存储模型车的实时位置数据，并计算得出车辆实时速度。分别在试验梁的2.35m、2.85米位置设置两个挠度测点，采用两个位移传感器进行测点的挠度测试，位移测试精度为0.001mm。

[0141] 试验与结果

[0142] 利用上述试验模型分别进行静载实验和动载实验。静载测试是利用单轮在试验跨梁上逐点加载，采集静载响应，计算试验跨梁的影响线信息。动载测试通过人工牵引车辆使其双轮侧在测试梁上行驶，如图13所示。采集动挠度响应和车辆相对位移数据，利用本文提出的影响线提取方法提取试验跨梁的挠度影响线。

[0143] 首先进行逐点加载的静载试验，得到离散的DIL曲线的值，视为桥梁的真实影响线。进行动载测试时，用动态测试系统采集的典型的动挠度响应如图14所示，激光测距仪测试的移动车辆位移数据及由此求导计算的速度时程曲线见图15。运用50段分段函数模型对挠度信号进行拟合计算，提取损伤状态下桥梁挠度影响线，如图16所示，从动力响应中提取影响线与静载试验单点加载得到的真实影响线重合较好，表明了本发明对损伤梁挠度影响线提取方法的准确性。

[0144] 根据上述动力响应中提取的挠度影响线及与测点位置相关的基函数，构建损伤指标，依次进行损伤定位和损伤程度识别，结果见图17-图20与表3。该试验结果表明：针对不同工况的损伤检测结果与实际情况较好符合。

[0145] 表3损伤检测结果-模型试验

[0146]

[0147] 注：EI0表示对刚度EI的识别值

[0148] 通过实施例1、施例2验证了本发明专利所述方法的正确性与可行性。