基于振动数据的Monte Carlo方法在简支梁桥健康监测中的应用

基于振动数据的Monte Carlo方法在简支梁桥健康监测中的应用 摘要 本文是某工程设计单位委托的“公路钢筋混凝土简支梁板桥上部结构承载能力检测、分析、评估专家系统”研究项目的一个子课题。 本课题的工程背景是：60年代以来，我国修建了许多中小跨钢筋混凝土简支桥梁，目前很大一部分也已达到或接近使用寿命，存在不同程度的开裂和其他病害。因此，对这些旧桥进行科学的损伤检测和评估，可充分了解桥梁的实际状况，保证安全，避免灾难性事故的发生，为经济可靠地利用现有桥梁提供依据。定期对这些结构进行检测和维护，相应地要求我们有一套精确而可靠的损伤检测、评估方法。另外，在军事领域，对桥梁损伤检测也有特殊的需要和更高的要求。 常用的各种损伤检测方法仅给出了损伤检测结果，而对检测结果的置信度没有给出估计。本文在损伤检测方法中引入Monte Carlo方法(随机模拟方法)，形成基于振动数据的损伤检测Monte Carlo方法。该方法考虑了实际噪声对损伤检测的影响，可由含噪声的实验数据计算出一个置信区间，从而得到损伤检测结果的置信度。即计算出在某一个噪声水平下的最小可识别损伤的值，这也是本文主要的创新和贡献。 本文用仿真计算的方法，算出无损梁的模态参数，然后人为的给这些参数加入符合Gauss分布的随机噪声，再由含噪声的参数计算用于损伤检测的各指标的的均值和标准差，得到损伤检测结果的置信区间。用损伤检测Monte Carlo方法对3种工况，10种损伤量和4种网格划分方案下的简支钢梁模型进行了计算分析，分别采用了频率、振型、振型曲率、柔度、柔度曲率、加速度柔度、加速度柔度曲率等参数作为损伤识别的指标。 关键词：损伤检测，Monte Carlo方法，随机噪声，置信区间，最小可识别损伤