基于信息融合理論的弧形閘門損傷識(shí)別方法

摘要：針對(duì)弧形閘門結(jié)構(gòu)對(duì)稱位置多損傷識(shí)別問題，無論是基于柔度靈敏度的損傷識(shí)別方法，還是基于應(yīng)變變化率的損傷識(shí)別方法，對(duì)于結(jié)構(gòu)損傷的識(shí)別效果均不理想，容易造成單元誤判和損傷程度識(shí)別偏差較大的問題。采用信息融合技術(shù)，基于D-S證據(jù)理論和Bayes定理，將柔度靈敏度法和應(yīng)變變化率法的損傷識(shí)別結(jié)果進(jìn)行融合。仿真結(jié)果表明：兩種方法融合后的識(shí)別結(jié)果相差不大，與單一動(dòng)靜力損傷識(shí)別方法相比，基于信息融合的損傷識(shí)別方法能夠有效提高識(shí)別的準(zhǔn)確性，在水工結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：損傷識(shí)別；信息融合；弧形閘門；D-S證據(jù)理論；Bayes定理

近年來，高壩泄水建筑物的安全問題在水利工程界受到廣泛關(guān)注，諸如閘門這類輕薄型水工泄流結(jié)構(gòu)，服役過程中長期受到高速水動(dòng)力荷載作用，極易引起支臂振動(dòng)，出現(xiàn)疲勞損傷，誘發(fā)閘門失事，嚴(yán)重的甚至影響大壩的安全。

國內(nèi)外眾多學(xué)者利用結(jié)構(gòu)的動(dòng)力測(cè)試信息對(duì)閘門結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷識(shí)別。Mostafiz等研究了閘門的動(dòng)力特性；尹濤提出了一種基于信賴域算法的損傷識(shí)別方法，弧形閘門結(jié)構(gòu)數(shù)值仿真和模型試驗(yàn)結(jié)果均證明該方法能較好地識(shí)別結(jié)構(gòu)損傷；李火坤等在不考慮弧形閘門結(jié)構(gòu)對(duì)稱損傷前提下，以結(jié)構(gòu)正則化頻率變化率作為損傷指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)損傷的定位識(shí)別；張宇馳將弧形閘門結(jié)構(gòu)柔度靈敏度作為損傷指標(biāo)，較為準(zhǔn)確地識(shí)別出損傷單元，避免了對(duì)稱單元誤判的產(chǎn)生，但在對(duì)稱位置多單元損傷工況下，會(huì)產(chǎn)生支鉸單元的誤判。以上多數(shù)損傷識(shí)別方法只有在某些特定條件下能夠較好地實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別，但在一些多損傷識(shí)別問題上往往出現(xiàn)損傷單元誤判等現(xiàn)象。因此，單一動(dòng)力損傷特征量難以達(dá)到全面識(shí)別閘門結(jié)構(gòu)損傷的目的。

目前，現(xiàn)有大型水工結(jié)構(gòu)都具有完備的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如測(cè)量局部靜態(tài)信息（應(yīng)變、滲壓等）的監(jiān)測(cè)儀器、測(cè)量整體動(dòng)態(tài)信息（加速度、位移）的傳感器?；诙嘣葱畔⑷诤霞夹g(shù)，充分利用結(jié)構(gòu)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)信息，獲得對(duì)同一損傷的一致性描述，實(shí)現(xiàn)對(duì)水工泄流結(jié)構(gòu)實(shí)際健康狀態(tài)的評(píng)估?，F(xiàn)有信息融合算法繁多，不同融合算法對(duì)于結(jié)構(gòu)損傷敏感程度往往差異較大，不同算法的適用條件也有所不同。其中D-S證據(jù)理論和Bayes定理兩種融合算法應(yīng)用最為普遍。為此，本文簡(jiǎn)要介紹了D-S證據(jù)理論和Bayes定理兩種信息融合損傷識(shí)別方法的基本原理，結(jié)合弧形閘門結(jié)構(gòu)數(shù)值算例，將柔度靈敏度法和應(yīng)變變化率法的識(shí)別結(jié)果進(jìn)行融合，對(duì)比分析不同損傷識(shí)別方法的識(shí)別效果。