橋架空全監測的理論研究與現狀
傳統檢測手段可以對橋梁的外觀(guān)及某些結構特性進(jìn)行監測。檢測的結果一般也能部分地反映結構當前狀態(tài)，但是卻難以全面反映橋梁的健康狀況，尤其是難以對橋梁的安全儲備以及退化的途徑作出系統的評估。此外常規的檢測技術(shù)也難以發(fā)現隱秘構件的損傷。目前得到普遍認同的一種最有前途的方法就是結合系統識別，振動(dòng)理論，振動(dòng)測試技術(shù)，信號采集與分析等跨學(xué)科技術(shù)的實(shí)驗模態(tài)分析法。 
     在系統參數識別方面目前普遍采用兩種方法：頻域法和時(shí)域法。頻域法利用所施加的激勵和由此得到的響應，經(jīng)過(guò)FFT分析得到頻響函數，然后采用諸如多項式擬和的方法得到模態(tài)參數，由于可以采用多次平均來(lái)消除隨機誤差對頻響函數的影響，采用頻域識別方法的精度有一定的保證，不過(guò)該法存在以下缺點(diǎn)：①基于振型不偶聯(lián)，因此，只能識別具有經(jīng)典阻尼的結構的實(shí)模態(tài)。像大跨懸索橋這樣的結構，具有明顯的非經(jīng)典阻尼性質(zhì)。頻域法應用受到限制。②需要經(jīng)過(guò)FFT分析，由此帶來(lái)了諸如泄漏等偏度誤差對參數識別的影響。近來(lái)的環(huán)境脈動(dòng)法可以無(wú)須知道激勵而得到振型參數，又擴展了該法的應用范圍[7,8]。70年代后期出現的時(shí)域識別方法，彌補了頻域法的不足，可以用隨機或自由響應數據來(lái)識別模態(tài)參數。它們不必進(jìn)行FFT分析，從而消除了FFT分析所帶來(lái)的誤差。尤其是它還可以從未知隨機激勵的響應信號中得到隨機減量特征，因此該方法成為能依據在線(xiàn)信號對系統進(jìn)行識別的唯一方法。但也存在著(zhù)一些缺陷：由于在參數識別時(shí)運用了所測信號的全部信息，而不是截取有效的頻段，于是信號中包含的模態(tài)數目比較多，但由于實(shí)驗測試環(huán)節及其他原因，使得其中的一些模態(tài)的信息并未被充分收集，以致只能將這些殘缺的信息看作噪聲，目前排除噪聲的方法主要有擴階識別和最小二乘法。當前利用ITD法對橋梁進(jìn)行在線(xiàn)監測取得一定成果[9,10]綜上所述，時(shí)域法和頻域法均有自己的缺陷，應尋找一種綜合時(shí)頻的方法以提高識別精度，近來(lái)出現的小波變換可以綜合時(shí)頻，可探討其在橋梁參數識別方面的應用。在結構損傷檢測定位方面，目前可分為模型修正法和指紋分析法兩類(lèi)。測高儀| 測距儀| 金屬探測器| 試驗機| 扭力計| 流速儀| 粗糙度儀| 流量計| 平衡儀|  
     1．精確的有限元建模是大型橋梁鳳震響應預測的重要前提；也是結構安全監測,損傷檢測以及實(shí)現最優(yōu)振動(dòng)控制的基礎。但是，盡管有限無(wú)法得到了高度的發(fā)展，實(shí)際復雜結構的有限元模型仍然是有誤差的。有限元建模為結構飛行提供完整的理論模態(tài)參數集，但這些參數常常與結構模態(tài)實(shí)驗得到的參數不一致。因此，必須對結構理論模型進(jìn)行調整或修正，使得修正后的模態(tài)參數與實(shí)驗相一致，這一過(guò)程即有限元模型修正。
     模型修正法在橋梁監測中主要用于把實(shí)驗結構的振動(dòng)反應記錄與原先的模型計算結果進(jìn)行綜合比較，利用直接或間接測知的模態(tài)參數，加速度時(shí)程記錄，頻響函數等，通過(guò)條件優(yōu)化約束，不斷地修正模型中的剛度和質(zhì)量信息，從而得到結構變化的信息，實(shí)現結構的損傷判別與定位。其主要方法有：
    （1）矩陣型法，是發(fā)展最早，最成熟，修正計算模型的整個(gè)矩陣的一類(lèi)方法，它具有精度高、執行容易的特點(diǎn)，主要缺點(diǎn)是所修正的模型的物理意義不明確，喪失了原有限元模型的帶狀特點(diǎn)，這方面的代表應屬Berman／Baruch的最優(yōu)法。
    （2）子矩陣修正法，通過(guò)對待修正的字矩陣或單元矩陣定義修正系數，通過(guò)對宇矩陣修正系數的調整來(lái)修正結構剛度，該方法的最大優(yōu)點(diǎn)是修正后的剛度矩陣仍保持者原矩陣的對稱(chēng)，稀疏性。
    （3）靈敏度法修正結構參數通過(guò)修正結構的設計參數彈性模量E截面面積A等來(lái)對有限元模型進(jìn)行修正。
     上述的前兩種方法通過(guò)求解一個(gè)矩陣方程或帶約束的最小化問(wèn)題來(lái)修正剛度和質(zhì)量矩陣，并假定剛度與質(zhì)量的變化相互獨立。因此，這類(lèi)方法不適用于結構剛度矩陣和質(zhì)量矩陣變化相關(guān)的有限元模型修正。而大跨度橋梁的質(zhì)量變化通常會(huì )弓愧結構剛度的變化，屬于典型的非線(xiàn)性問(wèn)題。只有第三種方法利用觀(guān)測量對結構參數的敏感性來(lái)修正結構參數�；�于敏感性分析的參數修正可以從敏感分析的中間結果看出各參數對結構振動(dòng)的影響程度；并且，可直接解釋結構物理量的修改，無(wú)須通過(guò)利用總綱陣的比較來(lái)反映修改情況。然而但待修正參數較多時(shí)，該方法常會(huì )得出違背物理意義的參數修正。
     2．指紋分析方法，尋找與結構動(dòng)力特性有關(guān)的動(dòng)力指紋，通過(guò)這些指紋的變化來(lái)判斷結構的真實(shí)狀況。
     在線(xiàn)監測中，頻率是最易獲得的模態(tài)參數，而且精度很高，因此通過(guò)監測頻率的變化來(lái)識別結構破損是否發(fā)生是最為簡(jiǎn)單的。此外，振型也可用于結構破損的發(fā)現，盡管振型的測試精度低于頻率，但振型包含更多的破損信息。利用振型判斷結構的破損是否發(fā)生的途徑很多；MAC，COMAC，CMS，DI和柔度矩陣法。
     但大量的模型和實(shí)際結構實(shí)驗表明結構損傷導致的固有頻率變化很小，而振型形式變化明顯[11,12]，一般損傷使結構自振頻率的變化都在5％以?xún)萚11,12]，而Askegaard等在對橋梁的長(cháng)期觀(guān)測后發(fā)現，在一年期間里橋梁即使沒(méi)有任何明顯的變化，其振動(dòng)頻率的變化也可達10％［63］，因此一般認為自振頻率不能直接用來(lái)作為橋梁監測的指紋，而振型雖然對局部剛度比較敏感，但精確測量比較困難，MAC，COMAC，CMS等依賴(lài)于振型的動(dòng)力指紋都遇到同樣的問(wèn)題。對橋缺損狀態(tài)的評價(jià)缺乏統一有效的指標，有人以模糊理論，結構可靠度理論等為理論框架建立了各種橋梁使用性能評估專(zhuān)家系統，但必須首先建立各種規范和專(zhuān)家數據庫。