1、橋梁是交通工程的樞紐，關(guān)系到社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈。但橋梁在長(zhǎng)期的使用過程中難免發(fā)生各種結(jié)構(gòu)損傷，產(chǎn)生損傷的原因主要有環(huán)境腐蝕，地震、臺(tái)風(fēng)等極端自然災(zāi)害，使用、維護(hù)不當(dāng)?shù)热藶橐蛩?。這些因素造成橋梁結(jié)構(gòu)抗力衰減和安全隱患。橋梁檢測(cè)和健康監(jiān)測(cè)技術(shù)是目前進(jìn)行橋梁維護(hù)和安全評(píng)價(jià)的主要手段，但定期檢測(cè)方法主要以人工為主，費(fèi)力費(fèi)時(shí);結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)費(fèi)用昂貴且系統(tǒng)復(fù)雜，還無法廣泛應(yīng)用于維護(hù)費(fèi)用極其有限的廣大中小橋梁的安全評(píng)估，因此開發(fā)方便快捷并且結(jié)果可靠

2、的橋梁快速測(cè)試技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)國家公路網(wǎng)上廣大中小橋梁安全評(píng)價(jià)的重要手段。本文主要研究了基于沖擊振動(dòng)測(cè)試的橋梁快速安全評(píng)估方法，論文的研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)提出了橋梁快速測(cè)試與評(píng)估系統(tǒng)。首先從理論上進(jìn)行推導(dǎo)沖擊振動(dòng)與環(huán)境振動(dòng)數(shù)據(jù)包含結(jié)構(gòu)信息的本質(zhì)不同，即由沖擊振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)所計(jì)算的結(jié)構(gòu)頻響函數(shù)為真實(shí)的頻響函數(shù)，其頻響函數(shù)幅值和理論值保持一致;而環(huán)境振動(dòng)所估算的頻響函數(shù)為縮放過的值，從而證明利用沖擊振動(dòng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)識(shí)別時(shí)具有根本優(yōu)

3、勢(shì)。其次介紹了橋梁快速測(cè)試系統(tǒng)硬件開發(fā)，主要包括新型沖擊荷載產(chǎn)生裝置和傳感器自動(dòng)化安裝裝置。沖擊荷載產(chǎn)生裝置利用重錘式自由落體產(chǎn)生沖擊力，它能夠提供大幅值、寬頻域、高質(zhì)量的沖擊振動(dòng)數(shù)據(jù)。傳感器自動(dòng)化1安裝裝置在車輛行駛過程中可實(shí)現(xiàn)傳感器的自動(dòng)化安裝與拆卸，大幅度減少測(cè)試時(shí)間，兩者均服務(wù)于橋梁快速測(cè)試與評(píng)估系統(tǒng)。最后建立了基于沖擊振動(dòng)的橋梁快速測(cè)試系統(tǒng)框架。該橋梁快速測(cè)試系統(tǒng)方便快捷，同時(shí)又建立在結(jié)構(gòu)深層次參數(shù)識(shí)別的深厚理論基礎(chǔ)之上，能夠

4、可靠地實(shí)現(xiàn)所測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)識(shí)別與承載能力評(píng)估。
　　(2)研究了基于沖擊振動(dòng)的位移柔度識(shí)別理論。結(jié)構(gòu)柔度矩陣作為剛度矩陣的逆矩陣，是結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)，與結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別和結(jié)構(gòu)承載能力評(píng)估有著密切聯(lián)系。本文從結(jié)構(gòu)正反兩個(gè)方面分析總結(jié)了位移頻響函數(shù)的計(jì)算方法，包括定義式、實(shí)模態(tài)計(jì)算式和復(fù)模態(tài)計(jì)算式、多輸入多輸出下頻響函數(shù)的估計(jì)。在公式推導(dǎo)過程中發(fā)現(xiàn)識(shí)別模態(tài)縮放系數(shù)是識(shí)別結(jié)構(gòu)柔度的關(guān)鍵，從理論上推導(dǎo)了沖擊振動(dòng)下位移柔度矩陣的各種計(jì)算方法，包

5、括質(zhì)量已知情況下位移柔度矩陣的計(jì)算式和質(zhì)量未知情況下如何利用CMIF法識(shí)別固有頻率、阻尼比、振型、位移柔度等模態(tài)參數(shù)。利用CMIF方法識(shí)別結(jié)構(gòu)位移柔度不需要知道結(jié)構(gòu)質(zhì)量，具有廣泛的實(shí)用價(jià)值。
　　(3)研究開發(fā)了基于多參考點(diǎn)分塊的橋梁快速?zèng)_擊振動(dòng)測(cè)試方法。傳統(tǒng)沖擊振動(dòng)測(cè)試方法都是針對(duì)全結(jié)構(gòu)，需要布置大量的傳感器，在測(cè)試成本和測(cè)試效率方面存在諸多問題。本文提出了結(jié)構(gòu)分塊沖擊振動(dòng)測(cè)試方法，每次僅觀察子結(jié)構(gòu)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)，其優(yōu)點(diǎn)是可顯

6、著減少所需傳感器數(shù)目，實(shí)現(xiàn)橋梁的快速?zèng)_擊振動(dòng)測(cè)試，但導(dǎo)致的問題是如何融合子結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)來識(shí)別整個(gè)結(jié)構(gòu)的特征。針對(duì)該問題，本章提出了子結(jié)構(gòu)多參考點(diǎn)法來融合各個(gè)子結(jié)構(gòu)的觀測(cè)數(shù)據(jù)。子結(jié)構(gòu)多參考點(diǎn)法在劃分子結(jié)構(gòu)時(shí)，各相鄰子結(jié)構(gòu)在邊界處有相同的節(jié)點(diǎn)，基于相鄰子結(jié)構(gòu)在邊界處的位移模態(tài)振型連續(xù)來實(shí)現(xiàn)子結(jié)構(gòu)參數(shù)融合，可得到整體結(jié)構(gòu)的位移柔度矩陣，最后給出了試驗(yàn)來驗(yàn)證所提方法的有效性。
　　(4)研究開發(fā)了基于單參考點(diǎn)分塊的橋梁快速?zèng)_擊振動(dòng)測(cè)試方法。