桥梁工程论文参考范文：基于结构响应向量的桥梁结构损伤鉴别探微

1.1 课题背景及研究意义
从结构竣工并投入使用时起，论文范文除了结构材料自身的性能退化之外，还将不可避免地受到荷载（包括超载）、风、雨、地震、疲劳、环境温度和湿度的变化等因素的不利影响，导致结构内部出现缺陷（病害）或者使用性能降低。这种由于先天和后天等各种原因导致的结构使用性能下降或存在缺陷的情况称为结构损伤[1]。从广义上来讲，可以将损伤定义为结构特性（如材料特性，几何特性以及边界条件等）的变化，而这些变化又将会对结构的使用性能造成不利的影响，实际上，损伤的这种定义是相对于健康而言的，也就是说，如果没有健康的无损结构作为基准与损伤结构进行对比，这种定义就没有任何意义[2-8]。从空间的角度上来看，所有的损伤都是从组成结构的材料层面上发展起来的，这时的损伤其实就是材料自身的一些病害或者缺陷，即微观意义上的材料损伤；当结构建成并投入使用以后，由于受到各种不利因素的影响，这些材料层面上的病害和缺陷就会逐渐发展为构件甚至是结构层面上的损伤，即宏观意义上的结构损伤。从时间的角度来看，损伤可能是因为长期的累积所导致的（如各种材料的疲劳断裂以及腐蚀退化等），也可能是由于短期内突发事件（如自然灾害和人为祸害）所造成的[2,4,8]。工程上把对结构实施损伤识别策略的过程称为结构健康监测（SHM），这个过程包括对结构进行定期测量，从这些测量数据中提取对损伤敏感的指标以及对这些指标进行统计分析来确定结构当前的健康状况[2,9]。
由于工程上的结构损伤通常比较细小而且隐蔽，其造成的结构特性的变化一般在结构的局部，对结构宏观力学性能的影响非常小，因此常规的结构检测、试验以及健康监测一般很难发现结构的损伤。只有当损伤程度比较严重的时候才表现出比较明显的异常反应，这时结构的使用性能将明显降低，甚至危及到结构的安全使用。随着大量的工程结构建成并投入使用，加上材料的不断老化以及结构内部的损伤不断累积，及时对结构的健康状况进行监测和评估，并采用相应的措施保证损伤结构的使用安全，正日益成为工程领域内的一个重要研究课题[3,8,10]。其中，作为结构健康监测及安全评估中最为关键的技术环节，结构的损伤识别研究有着十分重要的工程意义和现实意义。

1.2 国内外研究现状综述
作为结构健康监测中最为关键的技术环节，结构损伤识别技术也随之逐渐地发展起来[3,4,6,8]。结构损伤识别本质上是一个反问题[11,12]，即通过分析结构在特定条件下的响应，确定结构的损伤。Rytter 曾指出，结构损伤识别主要包括如下四个层次的内容[7]：
层次1：判断结构是否发生了损伤；
层次2：在层次 1 的基础上确定损伤的位置；
层次 3：在层次 2 的基础上确定损伤的程度；
层次 4：在层次 3 的基础上评估结构的剩余使用寿命。
近几十年来，国内外学者对结构损伤识别展开了大量的研究，尤其是基于动力测试的结构损伤识别方法[3,4]，这些方法大多数都集中于解决 Rytter 所提出的前 3 个层次的问题，即识别损伤的存在，位置以及程度。第 4 个层次的问题涉及到断裂力学、疲劳寿命分析及结构设计评定等多方面，处理起来要比前 3 个层次的方法复杂得多，目前在国际上关于这方面的研究以及成果也比较少。而且，迄今为止，在结构损伤识别领域还没有一种方法能够很好地解决上述前 3 个层次的识别问题，因此，目前的结构损伤识别研究的主要任务还是集中在前 3 个层次的问题上，本文的研究也不例外。更多关于基于动力测试的结构损伤识别的研究工作可见 Doebling 等人[3,4]在 1996 年的文献综述以及后来Sohn 等人[8]对 1996 年～2001 年结构损伤识别研究成果的补充综述。

1.2.1 结构损伤识别方法分类
根据不同角度，可以将结构损伤识别的方法分成不同的类别，下面对结构损伤识别的主要分类进行简要地回顾和总结。
根据结构损伤识别的方式及原理，损伤识别方法可以被分为局部方法和全局方法两大类。传统的局部损伤识别方法是采用现代的结构无损检测技术，对结构局部进行直接检测，以此判断被检测部位是否存在损伤、确定损伤的程度及损伤的可能原因，并对结构的使用状况作出评估，包括声学法、染色渗透剂法、电涡流法、光学反射镜法、硬度检测法、同位素法、泄漏检测法、光学法、电磁扰动法、噪声测量(脉动测量)法、脉冲-反射法、射线成像法、超声波法、热学法、X-射线法以及目测法等等[14]。这种局部方法可以对结构的外观及某些局部特性进行直接检测，检测的结果直观，能在一定程度上反映结构的损伤状况。

第二章 基于结构响应向量的损伤识别基本思想

2.1 结构响应向量的定义
结构响应向量就是以结构在特定状态下的若干个归一化的结构响应量为元素所组成的多维空间向量。由于结构的响应既包括了结构的静力响应，也包括了结构的动力响应，如结构的应变、位移、变形能以及结构的自振频率、模态振型等，因此，结构响应向量的元素（分量）又分为静力部分和动力部分，