CN110489919B - 索力影响线曲率的梁结构损伤识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种索力影响线曲率的梁结构损伤识别方法，步骤如下：对损伤前后的梁结构分别施加移动荷载，获得梁结构损伤前后的实测索力影响线；对梁结构损伤前后的索力影响线求曲率，通过索力影响线曲率差进行损伤定位；通过梁结构损伤前后的索力影响线曲率相对变化进行损伤程度定量；若为多拉索梁结构，则选择索力影响线曲率零点相隔较远的多根拉索，采用损伤前后多根拉索索力影响线曲率绝对值和进行损伤程度定量。本发明采用移动荷载作用，对索力测试传感器的数量要求低，可对有拉索或吊杆的梁结构损伤进行准确定位与定量，应用于有索梁结构的损伤评估。

Description

索力影响线曲率的梁结构损伤识别方法

技术领域

本发明属于结构健康监测技术领域，具体涉及一种梁结构无损检测技术的索力影响线曲率的梁结构损伤识别方法。

背景技术

近些年来我国旧桥越来越多，出现的问题也日益显著。既有桥梁很多已不能满足功能性需求，桥梁断裂、坍塌等安全事故时有发生，土木工程领域学者逐渐意识到对桥梁结构进行健康监测和安全评估的重要性，并研究了各种损伤识别技术。结构损伤识别是桥梁结构健康监测系统的重要组成部分，目前主要有两大类损伤识别方法，一类是基于动力参数的损伤识别方法，主要通过结构模态(振动频率和振型)的变化判断结构损伤，此类方法对测点数量、传感器测量精度、模态参数识别方法等要求较高。另一类方法是基于静力参数的损伤识别方法，基于静力参数的结构损伤识别方法可有效避免质量、特别是阻尼等的不确定性影响。同时由于目前测量设备和技术已先进成熟，用较低成本即可得到结构相当准确的测量值，因此，基于静力参数的结构损伤识别技术受到广泛的研究。

由于梁结构的损伤会引起索力的改变，因而可以采用索力来进行损伤识别，既有研究表明，梁结构损伤前后的索力差曲率能进行损伤定位，索力影响线曲率差也可以进行损伤定位，但鲜见关于索力影响线损伤程度定量的方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有索力影响线方法不能识别结构损伤程度的不足，提供一种索力影响线曲率的梁结构损伤识别方法。

本发明所述索力影响线曲率的梁结构损伤识别方法，步骤如下：

(1)对损伤前后的梁结构分别施加移动荷载，获得梁结构损伤前后的实测索力影响线；

(2)(a)如果梁结构是单拉索，取该拉索对梁结构损伤前后的索力影响线求索力影响线曲率，通过索力影响线曲率差进行损伤定位；

(b)如果梁结构是多根拉索，取至少2根零点距较大的拉索对梁结构损伤前后的索力影响线求索力影响线曲率，通过索力影响线曲率绝对值差求和进行损伤定位；

(3)(a)如果梁结构是单拉索，通过梁结构损伤前后的索力影响线曲率相对变化进行损伤程度定量；

(b)如果梁结构是多根拉索，则采用损伤前后多根拉索的索力影响线曲率绝对值和进行损伤程度定量；

具体的，步骤(2)中，索力影响线曲率X″通过中心差分计算，其计算公式如下：

式中，下标i为测点号，ε为测点i-1到测点i的间距与测点i到测点i+1间距的平均值，X_i为荷载作用于i测点时的索力；

进一步，步骤(2)(a)中，如果梁结构是单拉索，索力影响线曲率差损伤定位指标表达如下：

式中，DI为单拉索梁结构损伤定位指标；DI_i为单拉索梁结构第i测点识别的损伤定位指标值；X″_iu、X″_id分别为荷载作用于第i测点梁结构损伤前后的索力影响线曲率，n为测点数目，1号测点布置于梁结构一端，n号测点布置于梁结构另一端，测点数目连续，从1到n依次增加，i大于等于2且小于等于n-1；

具体的，步骤(3)(a)中，如果梁结构是单拉索，梁结构损伤程度的计算方法如下：

D_e＝[0 D_e2 … D_ei … D_e(n-1) 0]；

式中，D_e为单拉索梁结构损伤程度定量指标；D_ei为单拉索梁结构第i测点识别的梁结构损伤程度；

对于梁结构的中间单元，损伤程度计算公式如下：

对于梁结构的边单元，损伤程度计算公式如下：

(i＝2或i＝n-1)；

具体的，步骤(2)(b)中，如果梁结构是多根拉索，选取m根拉索，k号拉索梁结构损伤前后的索力影响线曲率绝对值差为；

式中，δX″_k为多拉索梁结构损伤前后k号拉索的索力影响线曲率绝对值差；X″_uk、X″_dk分别为k号拉索梁结构损伤前后的索力影响线曲率，X″_iuk、X″_idk分别为荷载作用于第i测点k号拉索梁结构损伤前后的索力影响线曲率，m为参与损伤分析的拉索数目，m大于等于2且小于总拉索数量，k大于等于1且小于等于m；

取m根拉索的索力影响线曲率绝对值差求和进行损伤定位：

式中，DI_a为多拉索梁结构损伤定位指标；

具体的，步骤(3)(b)中，如果梁结构是多根拉索，梁结构损伤程度计算方法如下：

D_ea＝[0 D_ea2 … D_eai … D_ea(n-1) 0]；

式中，D_ea为多拉索梁结构损伤程度定量指标；D_eai为多拉索梁结构第i测点识别的结构损伤程度；

对于梁结构的中间单元，损伤程度计算公式如下：

对于梁结构的边单元，损伤程度计算公式如下：

(i＝2或i＝n-1)。

具体的，步骤(1)中，梁结构损伤前后索力影响线测试的测点位置布置相同，影响线测点每跨不少于6个。

具体的，步骤(3)中，当未损伤位置的损伤程度是负值时，采用损伤位置的损伤程度值减去相邻未损伤位置的损伤程度值的一半对损伤程度进行修正。

具体的，步骤(3)(b)中，对于多根拉索的梁结构，至少选择两根拉索的索力影响线进行损伤分析，拉索选择的原则为各拉索索力影响线曲率的零点位置间隔最远，实现方法为计算各索力影响线曲率零点，将零点位置从小到大排列，计算各零点之间的距离，求各距离的乘积，乘积的最大值对应的拉索即为所求拉索。

本发明以结构的索力作为研究对象，推导证明了结构发生损伤后，在损伤位置处的索力影响线曲率差值存在极值，利用这一特点能有效的对梁结构进行损伤定位，并进一步借助曲率指标对梁结构进行损伤程度精确定量。通过一单索梁结构和一多索斜拉桥结构算例，分析了结构的多种损伤工况，验证了索力影响线曲率指标在有索梁结构损伤识别中的应用价值。为有拉索的梁结构损伤定位与定量提供了一种有效的新方法。

附图说明

图1是本发明方法的流程框图。

图2是本发明单索梁结构模型图。

图3是本发明将拉索等效为弹性支撑的梁结构模型图。

图4是本发明简支梁基本结构单位荷载作用弯矩图。

图5是本发明简支梁基本结构集中荷载作用弯矩图。

图6是本发明拉索索力影响线曲率零点示意图。

图7是本发明实施例一单索梁结构有限元模型图。

图8是本发明实施例一中索力影响线曲线图。

图9是本发明实施例一中损伤工况1、2损伤定位指标DI曲线图。

图10是本发明实施例一中损伤工况3、4损伤定位指标DI曲线图。

图11是本发明实施例一中损伤工况5损伤定位指标DI曲线图。

图12是本发明实施例一中损伤工况1、2损伤程度定量指标D_e曲线图。

图13是本发明实施例一中损伤工况3、4损伤程度定量指标D_e曲线图。

图14是本发明实施例一中损伤工况5损伤程度定量指标D_e曲线图。

图15是本发明实施例二清江河特大桥立面图(单位：cm)。

图16是本发明实施例二清江河特大桥实照图。

图17是本发明实施例二清江河特大桥主梁横断面图(单位：cm)。

图18是本发明实施例二清江河特大桥主塔结构图(单位：cm)。

图19是本发明实施例二清江河特大桥主跨单元划分图。

图20是本发明实施例二中拉索索力影响线曲率零点距离图。

图21是本发明实施例二中拉索选择部分样本结果图。

图22是本发明实施例二中拉索11、15的索力影响线曲率曲线图。

图23是本发明实施例二中拉索11索力影响线曲线图。

图24是本发明实施例二中拉索15索力影响线曲线图。

图25是本发明实施例二中损伤工况1拉索11、15损伤定位指标DI曲线图。

图26是本发明实施例二中损伤工况1拉索11、15损伤定位指标DI_a曲线图。

图27是本发明实施例二中损伤工况2拉索11、15损伤定位指标DI曲线图。

图28是本发明实施例二中损伤工况2拉索11、15损伤定位指标DI_a曲线图。

图29是本发明实施例二中损伤工况3拉索11、15损伤定位指标DI曲线图。

图30是本发明实施例二中损伤工况3拉索11、15损伤定位指标DI_a曲线图。

图31是本发明实施例二中损伤工况4拉索11、15损伤定位指标DI曲线图。

图32是本发明实施例二中损伤工况4拉索11、15损伤定位指标DI_a曲线图。

图33是本发明实施例二中损伤工况1拉索11损伤度定量指标D_e曲线图。

图34是本发明实施例二中损伤工况1拉索15损伤度定量指标D_e曲线图。

图35是本发明实施例二中损伤工况1拉索11、15损伤度定量指标D_ea曲线图。

图36是本发明实施例二中损伤工况2拉索11损伤度定量指标D_e曲线图。

图37是本发明实施例二中损伤工况2拉索15损伤度定量指标D_e曲线图。

图38是本发明实施例二中损伤工况2拉索11、15损伤度定量指标D_ea曲线图。

图39是本发明实施例二中损伤工况3拉索11损伤度定量指标D_e曲线图。

图40是本发明实施例二中损伤工况3拉索15损伤度定量指标D_e曲线图。

图41是本发明实施例二中损伤工况3拉索11、15损伤度定量指标D_ea曲线图。

图42是本发明实施例二中损伤工况4拉索11损伤度定量指标D_e曲线图。

图43是本发明实施例二中损伤工况4拉索15损伤度定量指标D_e曲线图。

图44是本发明实施例二中损伤工况4拉索11、15损伤度定量指标D_ea曲线图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明，下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图的相同数字表示相同或相似的要素。

本发明所述索力影响线曲率的梁结构损伤识别方法，实现流程框图如图1所示，具体步骤如下：

步骤1：对损伤前后的梁结构分别施加移动荷载，获得梁结构损伤前后的实测索力影响线；

步骤2(a)：如果梁结构是单拉索，取该拉索对梁结构损伤前后的索力影响线求索力影响线曲率，通过索力影响线曲率差进行损伤定位；

(b)如果梁结构是多根拉索，取至少2根零点距较大的拉索对梁结构损伤前后的索力影响线求索力影响线曲率，通过索力影响线曲率绝对值差求和进行损伤定位；

步骤3(a)：如果梁结构是单拉索，通过梁结构损伤前后的索力影响线曲率相对变化进行损伤程度定量；

(b)如果梁结构是多根拉索，则采用损伤前后多根拉索的索力影响线曲率绝对值和进行损伤程度定量。

应用步骤1，理论分析以单索梁结构为例，如图2所示，可以将拉索等效为一柔度为f的弹性支座，如图3所示，f的值为：

式(1)中，L_c为拉索的长度，E_c为拉索材料的弹性模量，A_c为拉索的横截面积。

以简支梁为基本结构，移动荷载P从左端移动到右端，A、B为梁结构的左、右两端支座；假定梁结构的位移仅由结构的弯曲变形引起。损伤位置距离支座A为a，损伤长度为ε，移动荷载P距离支座A为

两跨跨度均为L，未损伤部分刚度为EI，局部损伤单元刚度为EI_d。采用力法和图乘法推导拉索的索力影响线。

现假定损伤位置处于[a,L]区间内，移动荷载P在[0,a]区间内移动，由力法可建立以下基本方程：

δ₁₁X+fX＝Δ_1p (2)；

式(2)中，X为索力；δ₁₁为单位力单独作用下的位移；Δ_1p为基本结构在荷载单独作用下沿X竖直方向的位移。

为了计算δ₁₁和Δ_1p，作基本结构在移动荷载P作用下的弯矩图M₁(x)、M₂(x)以及单位力作用下的弯矩图

基本结构的

图如图4所示，M₁(x)、M₂(x)图如图5所示。

单位力作用下的弯矩图

的表达式为：

在移动荷载P作用下任一截面的弯矩M₁(x)、M₂(x)表达式为：

梁结构未损伤时，由图乘法，可得：

未损伤状态下的索力：

式中，下标“u”表示未损伤状态；

表示移动荷载作用于损伤前梁结构距离支座A为

位置时拉索的索力。

当桥梁发生损伤时，由图乘法，可得：

式中，下标“d”表示损伤状态；Δ_1pdl表示移动荷载作用于梁结构损伤位置左侧时基本结构沿X竖直方向的位移；

表示移动荷载作用于梁结构损伤位置左侧距离支座A为

位置时拉索的索力；

同理，可求得移动荷载P位于第一跨损伤区间右侧时

的索力影响线值为：

式中，Δ_1pdr表示移动荷载作用于梁结构损伤位置右侧时基本结构沿X竖直方向的位移；

表示移动荷载作用于梁结构损伤位置右侧距离支座A为

位置时拉索的索力；

应用步骤2(a)，由式(7)可得未损伤状态索力影响线曲率为：

式中，

表示移动荷载作用于损伤前梁结构距离支座A为

位置时拉索索力影响线曲率；

对于损伤状态，当移动荷载P分别作用于损伤位置左侧测点i-1、右侧测点i，以及距离i测点ε的测点i+1时，索力分别为：

X_(i-1)d＝X_ld(a) (14)；

X_id＝X_rd(a+ε) (15)；

X_(i+1)d＝X_rd(a+2ε) (16)；

式中，下标“d”表示损伤状态；下标“l”、“r”分别表示移动荷载P作用于梁损伤位置左、右侧；

采用中心差分法可计算得到损伤位置右侧i测点的曲率为：

损伤前荷载作用于i测点时索力影响线曲率为：

当左、右侧测点之间的单元无损伤时，即EI_d＝EI时，由式(17)、(18)可知，X″_id-X″_iu＝0，也即理论上损伤前后索力影响线曲率差在未损伤单元处均为0，故此时可通过索力影响线曲率差值指标进行损伤识别，损伤定位指标计算方法如下：

式中，DI为单拉索梁结构损伤定位指标；DI_i为单拉索梁结构第i测点识别的损伤定位指标值；X″_iu、X″_id分别为荷载作用于第i测点梁结构损伤前后的索力影响线曲率，n为测点数目，1号测点布置于梁结构一端，n号测点布置于梁结构另一端，测点数目连续，从1到n依次增加，i大于等于2且小于等于n-1。

应用步骤3(a)，单索结构损伤程度的计算方法为：

D_e＝[0 D_e2 … D_ei … D_e(n-1) 0] (20)；

式中，D_e为单拉索梁结构损伤程度定量指标；D_ei为单索梁结构第i测点识别的梁结构损伤程度；

对于梁结构的中间单元，损伤程度计算方法为：

忽略式(17)数值较小的项(EI-EI_d)(3a²+3aε+ε²)ε，公式可化为：

可求得：

于是，损伤程度：

假定

较小，上式化简为：

对于梁结构的边单元，a＝0，式(23)化为：

(i＝2或i＝n-1) (25)；

应用步骤2(b)，选取m根拉索，k号拉索结构损伤前后的索力影响线曲率绝对值差为；

式中，δX″_k为多拉索梁结构损伤前后k号拉索的索力影响线曲率绝对值差；X″_uk、X″_dk分别为k号拉索梁结构损伤前后的索力影响线曲率，X″_iuk、X″_idk分别为荷载作用于第i测点k号拉索梁结构损伤前后的索力影响线曲率，m为参与损伤分析的拉索数目，m大于等于2且小于总拉索数量，k大于等于1且小于等于m。

取m根拉索的索力影响线曲率绝对值差求和进行损伤定位：

式中，DI_a为多拉索梁结构损伤定位指标；

应用步骤3(b)，如果梁结构是多根拉索，梁结构损伤程度计算方法为：

D_ea＝[0 D_ea2 … D_eai … D_ea(n-1) 0] (28)；

式中，D_ea为多拉索梁结构损伤程度定量指标；D_eai为多拉索梁结构第i测点识别的结构损伤程度。

对于多根拉索的梁结构，由于拉索索力影响线曲率存在零点，导致采用单根拉索索力影响线进行梁结构损伤程度定量时的D_e指标产生异常干扰峰值，但各拉索的干扰峰值不同，此时，通过叠加多根拉索索力影响线曲率绝对值对损伤程度进行计算。

对于梁结构的中间单元，损伤程度计算方法为：

对于梁结构的边单元，损伤程度计算方法为：

(i＝2或i＝n-1) (30)；

步骤1中，梁结构损伤前后索力影响线测试的测点位置布置相同，影响线测点每跨不少于6个。

步骤3中，当未损伤位置的损伤程度是负值时，采用损伤位置的损伤程度值减去相邻未损伤位置的损伤程度值的一半对损伤程度进行修正。

步骤3(b)中，对于多根拉索的梁结构，至少选择两根拉索的索力影响线进行损伤分析，拉索选择的原则为各拉索索力影响线曲率的零点位置间隔最远，实现方法为计算各索力影响线曲率零点，将零点位置从小到大排列，计算各零点之间的距离，求各距离的乘积，乘积的最大值对应的拉索即为所求拉索。

以选取两根拉索为例，如图6所示，图中实线和虚线分别表示两根拉索索力影响线曲率曲线，假设为第j、k号拉索，每条曲线分别有两个零点，一共有4个零点，按位置从小到大排列，零点将梁长度分成5段，求各段的乘积，即

L_jk＝L₁·L₂·L₃·L₄·L₅ (31)；

若拉索的总根数为n_c，一共有

种组合，当两根拉索索力影响线曲率零点相同时，无法判断零点位置的损伤，此时L_jk＝0，故取L_jk最大值对应的拉索编号j、k即为所求的拉索。

实施例一：参见图7，以某单索梁结构为例，跨径布置为12+12m，1m划分一个单元，一共24个单元，25个测点(图中下排圆圈内的数字为单元编号，上排数字为测点编号，i单元左右测点编号分别为i,i+1)。梁截面尺寸为b×h＝200cm×25cm，材料弹性模量为3.45×10⁴MPa，泊松比为0.2，密度为2500kg/m³，拉索为圆形截面，直径为15mm，材料弹性模量为1.95×10⁵MPa，泊松比为0.3，密度为7850kg/m³。

实际工程结构中的损伤，如裂纹的产生、材料腐蚀或弹性模量的降低，一般只会引起结构刚度产生较大的变化，而对结构的质量影响较小。故在有限元计算中，假定结构单元损伤只引起单元刚度的下降，而不引起单元质量的改变。单元的损伤通过弹性模量的降低来模拟。

损伤工况如表1所示。

表1单索梁结构损伤工况

具体实施步骤如下：

步骤1：对损伤前后的梁结构分别施加1kN移动荷载，获得梁结构损伤前后的实测索力影响线，损伤前和工况1的结果如图8所示，可见，二者的差别不明显。

步骤2：对梁结构损伤前后的索力影响线求曲率，通过索力影响线曲率差进行损伤定位。结果如图9～图11所示，可见，损伤定位效果良好，结构损伤位置峰值明显，能够准确识别损伤位置。

步骤3：通过梁结构损伤前后的索力影响线曲率相对变化进行损伤程度定量。结果如图12～图14所示，可见，识别的损伤程度略小于理论值，未损伤位置有一定的负值，且数值较大，可以对损伤程度进行修正，采用损伤位置的损伤程度值减去相邻未损伤位置的损伤程度值的一半对损伤程度进行修正，修正后，工况1、2单元8的损伤程度分别为0.195、0.402，工况3单元8、20的损伤程度分别为0.191、0.402，工况4单元8、20的损伤程度分别为0.403、0.404，工5单元8、24的损伤程度分别为0.402、0.388，与理论损伤程度接近，之所以与理论损伤程度有一定的差别，是因为损伤识别理论进行了一些假定，保证方法通用性的同时对精度有一定的影响，但影响不大。

实施例二：以一实桥为例，清江特大桥桥型结构为主跨220m的独塔预应力混凝土(PC)斜拉桥，其跨径布置为40m+40m+70m+220m(恩施-利川)，全桥总长380.4m，桥梁立面图见图15所示。清江特大桥成桥后实景如图16所示，主跨220m，横跨清江大峡谷，其桥面至清江设计流水位高差达120多米，施工难度较大，技术水平要求高。清江特大桥各部分结构参数如下：

(1)主梁

主梁主要采用构造简单、施工方便的双边主肋形PC主梁方案(即边主梁方案)；主梁标准节段断面如图17所示：顶宽28m、底宽28.5m，顶面设2％双向横坡，总体结构因受力及变形的需要，边跨部分梁段则采用箱形截面或实心截面。主跨标准节段长8米，每一节段间设一道横隔梁，高2.4米，宽32cm。

(2)索塔

索塔由承台起全高166.50米，分为上部“塔身”和下部“塔墩”；桥面设计高程以上高度(上塔身)为95.453m，桥面设计高程以下高度(下塔身)为34.7m。上部塔身采用宝石形结构，下部塔墩为门式结构。索塔顺桥向为单柱式桥塔；其构造及断面如图18所示。

(3)斜拉索

全桥共设50对斜拉索，呈扇形分布；主跨索距8m，边跨自索塔往恩施方向索距依次为5×8m，9×6m，10×4m。

(4)辅助墩及桥台

边跨辅助墩为双柱式钢筋混凝土空心墩，共有2座，其墩高分别为16.0m、32.0m。各辅助墩墩身下承台厚4.0m。承台下设6根Φ3.0米桩基础，桥台为桩柱型、埋置式轻型钢筋混凝土桥台；恩施岸0号桥台为4根Φ2.0米桩基；利川岸桥台为4根(2根Φ3.0米+2根Φ2.0米)桩基。

(5)桥面系

桥面全宽28m；由左至右分别为左侧锚索区(1.75m)、左边护栏(0.5m)、左行车道(11m)、中央分隔带(1.5m)、右行车道(11m)、右边护栏(0.5m)、右锚索区(1.75)。桥面铺装采用11cm厚的沥青混凝土层(与路线工程同厚度)；中央分隔带外侧和桥面边侧安全带设钢质防撞栏杆；中央分隔带中间设防眩板。

(6)支座、伸缩装置

在桥台、辅助墩顶位置设置钢质支座；主梁两端各设置一道伸缩缝。

(7)清江特大桥技术标准及各种材料参数

1)主要技术标准

2)各种材料参数，见下表2。

表2材料参数值表

采用空间模型进行仿真分析，分析对象为主跨220m的拉索区域，如图19所示，梁上测点位置为拉索锚固点位置，两测点之间的圆圈内数字为单元编号，拉索编号塔根部为C1号拉索，最长拉索为C25号，一共有25根拉索。损伤工况如表3所示，其中单元6位于L/4跨附近，单元12为跨中位置，单元21为靠边支座位置。

表3清江河桥损伤工况

具体实施步骤如下：

因该斜拉桥为多拉索结构，需要先选择用于损伤识别的拉索，即进行拉索选择，该实施例采用两根拉索进行损伤分析，一个索面为25根拉索，取两根拉索分析时，有

种组合，各拉索组合样本的零点距离乘积分析结果见图20，零点距离乘积基本上呈线性下降，前30种较优的选择方案如图21所示，选择第一方案拉索11+拉索15进行分析，该两根拉索的索力影响线曲率曲线如图22所示，可见，拉索11的索力影响线曲率零点位于测点8、15附近，拉索15的索力影响线曲率零点位于测点12、19附近。

步骤1：对损伤前后的梁结构分别施加1kN移动荷载，获得梁结构损伤前后的实测索力影响线，损伤前和工况1的结果如图23、图24所示，可见，二者的差别不明显。

步骤2：对梁结构损伤前后的索力影响线求曲率，通过索力影响线曲率差进行损伤定位。工况1DI的结果如图25所示，拉索11识别出测点12有损伤，拉索15识别出测点13有损伤，DI_a的结果如图26所示，测点12、13峰值明显，识别单元12损伤，效果明显比DI的好。工况2的结果分别如图27、图28所示，结果与工况1相似。

工况3DI的结果如图29所示，拉索11识别出测点12有损伤，拉索15识别出测点13有损伤，单元21处的损伤不明显，DI_a的结果如图30所示，单元12的损伤非常明显，单元21的损伤也能正常的进行识别，明显比DI的结果好。

工况4DI的结果如图31所示，拉索11识别出测点12有损伤，拉索15识别出测点13有损伤，单元6和单元21处的损伤不明显，DI_a的的结果如图32所示，三处损伤都非常明显，能正常进行损伤定位。

步骤3：通过梁结构损伤前后的索力影响线曲率相对变化进行损伤程度定量。工况1的结果如图33～图35所示，拉索11的D_e指标识别的测点12的损伤程度为0.230，测点13的损伤程度为0.03，损伤程度的识别结果准确性较差，并且在零点附近(测点8和15)有明显异常峰值干扰。拉索15的D_e指标识别的测点13的损伤程度为0.254，测点12位于该拉索索力影响线曲率的零点位置上，峰值异常，识别的损伤程度为-1.71，小于0，不正确，此外，在另一个零点测点19位置也有负的异常峰值干扰。叠加后的指标D_ea的识别结果仅在损伤单元12左右测点出现较大峰值，识别结果也较为准确。故通过多根拉索的索力影响线曲率结果的叠加，可以有效地减小索力影响线曲率零点对损伤识别的影响。工况2的损伤定量结果如图36～图38所示，结果与工况1相似。

工况3的结果如图39～图41所示，拉索11的D_e指标识别的测点12的损伤程度为0.439，测点13的损伤程度为0.048，损伤程度的识别结果准确性较差，单元21的损伤程度识别结果较为准确，在零点附近(测点8和15)有明显异常峰值干扰。拉索15的D_e指标识别的测点13的损伤程度为0.475，测点12位于该拉索索力影响线曲率的零点位置上，峰值异常，识别的损伤程度为2.26，大于1，不正确，此外，在另一个零点测点19位置也有大于1的异常峰值干扰，单元21的损伤程度识别结果较为准确。叠加后的指标D_ea的识别结果在损伤单元12、21左右测点出现较大峰值，识别结果也较为准确。

工况4的结果如图42～图44所示，拉索11的D_e指标识别的单元6、21的损伤程度较准确，但测点8有干扰，测点12的损伤程度为0.443，测点13的损伤程度为0.060，损伤程度的识别结果准确性较差。拉索15的D_e指标识别的单元6、21的损伤程度较准确，测点13的损伤程度为0.479，测点12位于该拉索索力影响线曲率的零点位置上，峰值异常，识别的损伤程度为2.62，大于1，不正确，此外，在另一个零点测点19位置也有大于1的异常峰值干扰。叠加后的指标D_ea的识别结果在损伤单元6、12、21左右测点出现较大峰值，识别结果也较为准确。

以上所述仅为本发明的2个实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆属于本发明的涵盖范围。

Claims (4)

1.一种索力影响线曲率的梁结构损伤识别方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)对损伤前后的梁结构分别施加移动荷载，获得梁结构损伤前后的实测索力影响线；

(2)(a)如果梁结构是单拉索，取该拉索对梁结构损伤前后的索力影响线求索力影响线曲率，通过索力影响线曲率差进行损伤定位；

(b)如果梁结构是多根拉索，取至少2根零点距较大的拉索对梁结构损伤前后的索力影响线求索力影响线曲率，通过索力影响线曲率绝对值差求和进行损伤定位；

(3)(a)如果梁结构是单拉索，通过梁结构损伤前后的索力影响线曲率相对变化进行损伤程度定量；

(b)如果梁结构是多根拉索，则采用损伤前后多根拉索的索力影响线曲率绝对值和进行损伤程度定量；

具体的，步骤(2)中，索力影响线曲率X″通过中心差分计算，其计算公式如下：

式中，下标i为测点号，ε为测点i-1到测点i的间距与测点i到测点i+1间距的平均值，X_i为荷载作用于i测点时的索力；

进一步，步骤(2)(a)中，如果梁结构是单拉索，索力影响线曲率差损伤定位指标表达如下：

式中，DI为单拉索梁结构损伤定位指标；DI_i为单拉索梁结构第i测点识别的损伤定位指标值；X″_iu、X″_id分别为荷载作用于第i测点梁结构损伤前后的索力影响线曲率，n为测点数目，1号测点布置于梁结构一端，n号测点布置于梁结构另一端，测点数目连续，从1到n依次增加，i大于等于2且小于等于n-1；

具体的，步骤(3)(a)中，如果梁结构是单拉索，梁结构损伤程度的计算方法如下：

D_e＝[0 D_e2 … D_ei … D_e(n-1) 0]；

式中，D_e为单拉索梁结构损伤程度定量指标；D_ei为单拉索梁结构第i测点识别的梁结构损伤程度；

对于梁结构的中间单元，损伤程度计算公式如下：

对于梁结构的边单元，损伤程度计算公式如下：

(i＝2或i＝n-1)；

具体的，步骤(2)(b)中，如果梁结构是多根拉索，选取m根拉索，k号拉索梁结构损伤前后的索力影响线曲率绝对值差为；

式中，δX″_k为多拉索梁结构损伤前后k号拉索的索力影响线曲率绝对值差；X″_uk、X″_dk分别为k号拉索梁结构损伤前后的索力影响线曲率，X″_iuk、X″_idk分别为荷载作用于第i测点k号拉索梁结构损伤前后的索力影响线曲率，m为参与损伤分析的拉索数目，m大于等于2且小于总拉索数量，k大于等于1且小于等于m；

取m根拉索的索力影响线曲率绝对值差求和进行损伤定位：

式中，DI_a为多拉索梁结构损伤定位指标；

具体的，步骤(3)(b)中，如果梁结构是多根拉索，梁结构损伤程度计算方法如下：

D_ea＝[0 D_ea2 … D_eai … D_ea(n-1) 0]；

式中，D_ea为多拉索梁结构损伤程度定量指标；D_eai为多拉索梁结构第i测点识别的结构损伤程度；

对于梁结构的中间单元，损伤程度计算公式如下：

对于梁结构的边单元，损伤程度计算公式如下：

(i＝2或i＝n-1)。

2.根据权利要求1所述索力影响线曲率的梁结构损伤识别方法，其特征在于：步骤(1)中，梁结构损伤前后索力影响线测试的测点位置布置相同，索力影响线测点每跨不少于6个。

3.根据权利要求1所述索力影响线曲率的梁结构损伤识别方法，其特征在于：步骤(3)中，当未损伤位置的损伤程度是负值时，采用损伤位置的损伤程度值减去相邻未损伤位置的损伤程度值的一半对损伤程度进行修正。

4.根据权利要求1所述索力影响线曲率的梁结构损伤识别方法，其特征在于：步骤(3)(b)中，对于多根拉索的梁结构，至少选择两根拉索的索力影响线进行损伤分析，拉索选择的原则为各拉索索力影响线曲率的零点位置间隔最远，实现方法为计算各索力影响线曲率零点，将零点位置从小到大排列，计算各零点之间的距离，求各距离的乘积，乘积的最大值对应的拉索即为所求拉索。

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