考慮作業(yè)工況的架橋機(jī)主梁損傷識(shí)別研究

陳士通，程 泳，許宏偉，張耀輝

(1.石家莊鐵道大學(xué) 河北省交通應(yīng)急保障工程技術(shù)研究中心，河北 石家莊 050043；2.石家莊鐵道大學(xué) 橋梁運(yùn)架設(shè)備檢測(cè)中心中心，河北 石家莊 050043；3.石家莊鐵道大學(xué) 土木工程學(xué)院，河北 石家莊 050043)

架橋機(jī)廣泛應(yīng)用于高鐵建設(shè)中的橋梁架設(shè)施工，作業(yè)環(huán)境惡劣，經(jīng)常轉(zhuǎn)場(chǎng)作業(yè)，焊縫銹蝕、板材開(kāi)裂等損傷現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，極易誘發(fā)重大安全事故。近年來(lái)架橋機(jī)安全事故頻發(fā)。為能及早發(fā)現(xiàn)架橋機(jī)存在的安全隱患，架橋機(jī)的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別問(wèn)題日益引起人們關(guān)注。

結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別一直是學(xué)者研究的熱點(diǎn)[1-4]。針對(duì)梁式結(jié)構(gòu)，戰(zhàn)家旺等基于頻響函數(shù)模式置信準(zhǔn)則或在線(xiàn)振動(dòng)響應(yīng)的方法，分別實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)支梁橋和連續(xù)梁橋的損傷定量評(píng)估[5-6]。劉云飛等基于平均曲率模態(tài)，研究了簡(jiǎn)支梁局部損傷的識(shí)別方法[7]。李延強(qiáng)等采用靈敏度分析和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)斜拉橋主梁不同位置、不同程度的損傷定位[8]。針對(duì)架橋機(jī)結(jié)構(gòu)，楊紹普等提出了基于構(gòu)造安全因子集的主梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法[9]。張超等提出了基于架橋機(jī)模態(tài)分析并結(jié)合支持向量機(jī)、改進(jìn)的布谷鳥(niǎo)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等算法的損傷識(shí)別方法[10-12]。上述方法的有效實(shí)施均需預(yù)知結(jié)構(gòu)完好狀態(tài)的靜動(dòng)力參數(shù)，實(shí)際應(yīng)用中存在一定局限性。因此，近年大量學(xué)者[13-14]展開(kāi)了利用撓度影響線(xiàn)的梁式結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別研究，此方法無(wú)需知道結(jié)構(gòu)完好狀態(tài)的相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)用性較強(qiáng)。然而，架橋機(jī)主梁結(jié)構(gòu)有別于常用梁式結(jié)構(gòu)，其逐孔架梁的流動(dòng)作業(yè)模式，決定了架橋機(jī)主梁支承實(shí)時(shí)變化的現(xiàn)狀。目前，基于撓度影響線(xiàn)的損傷識(shí)別研究均以結(jié)構(gòu)各支承位置固定不變?yōu)榍疤幔虼?，結(jié)合架橋機(jī)作業(yè)過(guò)程中的主梁支承狀態(tài)，如何利用撓度影響線(xiàn)進(jìn)行架橋機(jī)主梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別有待深入進(jìn)行。

本文以SXJ900/32型架橋機(jī)為研究對(duì)象，基于作業(yè)過(guò)程中的典型工況，利用主梁撓度影響線(xiàn)的撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)進(jìn)行主梁損傷識(shí)別效果、影響因素和損傷程度量化分析。

1 架橋機(jī)作業(yè)工況

SXJ900/32型架橋機(jī)的主要功能是將運(yùn)梁車(chē)運(yùn)送的預(yù)制混凝土梁提起并將其縱移到待架孔位落梁就位，主要作業(yè)工況可分為2種：過(guò)孔工況和架梁工況，如圖1所示。

無(wú)論過(guò)孔工況還是架梁工況，架橋機(jī)支腿均需支承在前方墩臺(tái)墊石和已架箱梁橋面上。架橋機(jī)主梁作為長(zhǎng)大結(jié)構(gòu)，各支腿支承處標(biāo)高的變化將使主梁的支承狀態(tài)有別于設(shè)計(jì)狀態(tài)。橋梁建造時(shí)施工誤差的存在，將導(dǎo)致相鄰墩臺(tái)墊石、已架箱梁頂面存在不同程度的高度差，故架橋機(jī)逐孔作業(yè)過(guò)程中，其主梁支承狀態(tài)隨機(jī)變化，即主梁各支點(diǎn)間存在一定高差。盡管支點(diǎn)高差不會(huì)影響架橋機(jī)的正常架梁作業(yè)，但其主梁撓度影響線(xiàn)將受到一定影響。

圖1 架橋機(jī)作業(yè)工況(單位：mm)

2 架橋機(jī)主梁損傷識(shí)別理論

圖2 架橋機(jī)計(jì)算簡(jiǎn)圖

2.1 架橋機(jī)內(nèi)力

主梁損傷采取剛度折減的方式，設(shè)主梁損傷區(qū)段的抗彎剛度為EI′，其他區(qū)段主梁抗彎剛度為EI。架橋機(jī)主梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力由荷載P和支點(diǎn)高差h共同作用產(chǎn)生。

2.1.1 外荷載作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)力

圖2所示架橋機(jī)模型為二次超靜定結(jié)構(gòu)，此處借助力法進(jìn)行分析，求解超靜定結(jié)構(gòu)在荷載P作用于G點(diǎn)時(shí)的內(nèi)力[15]。根據(jù)原結(jié)構(gòu)的位移協(xié)調(diào)條件，去掉支點(diǎn)B處的2個(gè)約束得到基本體系。

由位移協(xié)調(diào)條件可得力法方程為

(1)

式中：F1和F2為基本結(jié)構(gòu)上B點(diǎn)處的多余未知力；δ11，δ12和δ21，δ22分別為F1和F2為單位力分別單獨(dú)作用于基本結(jié)構(gòu)時(shí)沿F1和F2方向的位移；Δ1p和Δ2p分別為荷載P作用在基本結(jié)構(gòu)時(shí)沿F1和F2方向的位移。

求得在荷載P作用下，梁上任一截面x的彎矩為

(2)

其中，

A=F1H

2.1.2 支點(diǎn)高差作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)力

超靜定結(jié)構(gòu)在支點(diǎn)高差作用下會(huì)引起結(jié)構(gòu)內(nèi)力，為明確支點(diǎn)C處高差h對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，去掉支點(diǎn)C的豎向約束和支點(diǎn)B的橫向約束得到基本結(jié)構(gòu)，根據(jù)架橋機(jī)基本結(jié)構(gòu)的位移變形協(xié)調(diào)條件可得

(3)

求得支點(diǎn)高差h作用下，梁上任一截面x的彎矩為

(4)

其中，

2.2 架橋機(jī)主梁撓度影響線(xiàn)

此處將影響線(xiàn)引申為撓度影響線(xiàn)，即梁內(nèi)某點(diǎn)撓度隨移動(dòng)荷載變化的曲線(xiàn)。鑒于撓度主要由彎矩引起，忽略軸力和剪力影響，利用虛工原理求解撓度ω為

(5)

由架橋機(jī)主梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析可知，G點(diǎn)撓度影響線(xiàn)由外荷載和支點(diǎn)高差2部分作用組成。

2.2.1 外荷載作用時(shí)G點(diǎn)撓度影響線(xiàn)

同樣去掉支點(diǎn)B處的水平和豎向約束作為基本結(jié)構(gòu)，在虛擬單位力1作用下，基本結(jié)構(gòu)任一截面x的彎矩為

(6)

將式(2)和式(6)代入式(5)，求得架橋機(jī)主梁G點(diǎn)在外荷載P作用下的撓度影響線(xiàn)ωG,P

(7)

其中，

式中，EI′為主梁損傷區(qū)段的抗彎剛度。

2.2.2 支點(diǎn)高差作用下G點(diǎn)撓度影響線(xiàn)

去掉支點(diǎn)B處的水平和豎向約束作為基本結(jié)構(gòu)，虛擬單位力1作用時(shí)，基本結(jié)構(gòu)任一截面x的彎矩為

(8)

將式(4)和式(8)代入式(5)，求得架橋機(jī)主梁G點(diǎn)在支點(diǎn)高差作用下的撓度影響線(xiàn)ωG,h為

[12(a-b)l2-6(a2-b2)l+a3-

(9)

其中，

2.2.3 共同作用下G點(diǎn)撓度影響線(xiàn)

支點(diǎn)高差和移動(dòng)荷載共同作用時(shí)，G點(diǎn)的撓度影響線(xiàn)為

ωG=ωG,P+ωG,h

(10)

由式(10)可知，直接利用撓度影響線(xiàn)不能識(shí)別出損傷位置。

2.3 架橋機(jī)主梁撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)分析

(11)

由式(11)可知：(1)移動(dòng)荷載在主梁跨內(nèi)移動(dòng)時(shí)，無(wú)論主梁結(jié)構(gòu)是否發(fā)生損傷，各區(qū)段內(nèi)撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)均與移動(dòng)荷載的荷載位置呈線(xiàn)性關(guān)系。(2)對(duì)于兩跨式架橋機(jī)主梁而言，主梁撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)為折線(xiàn)形，當(dāng)撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)測(cè)點(diǎn)位于首跨時(shí)，按照移動(dòng)荷載由后支點(diǎn)、測(cè)點(diǎn)、中支點(diǎn)到前支點(diǎn)的移動(dòng)方向，撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)呈現(xiàn)3段折線(xiàn)。(3)當(dāng)移動(dòng)荷載在(l,a)，(a,b)，(b,2l)區(qū)間移動(dòng)時(shí)，如結(jié)構(gòu)沒(méi)有損傷，則三區(qū)間范圍內(nèi)撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)斜率相同，如果(a,b)區(qū)域發(fā)生損傷，則將導(dǎo)致該區(qū)域抗彎剛度發(fā)生變化，即抗彎剛度由EI變?yōu)镋I′ ，造成(a,b)區(qū)域撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)斜率發(fā)生變化，如果損傷區(qū)域相對(duì)主梁長(zhǎng)度而言范圍很小的話(huà)，則撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)將在損傷區(qū)域(a,b)處產(chǎn)生突變，繼而可通過(guò)判斷主梁撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)是否出現(xiàn)突變情況來(lái)判斷主梁是否發(fā)生結(jié)構(gòu)損傷，同時(shí)根據(jù)撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)突變位置還可判定主梁結(jié)構(gòu)損傷位置。

3 工程案例

利用ANSYS軟件建立SXJ900/32型架橋機(jī)有限元模型，建模時(shí)分別取主梁第1和第2跨跨度分別為27和35 m。結(jié)構(gòu)損傷采用剛度折減方式模擬，設(shè)主梁損傷位置剛度為ζEI，ζ為剛度折減系數(shù)。

3.1 單點(diǎn)損傷識(shí)別

為驗(yàn)證利用撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)對(duì)架橋機(jī)主梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的有效性，首先進(jìn)行單點(diǎn)損傷識(shí)別分析。架橋機(jī)作業(yè)過(guò)程中，前、中、后3個(gè)支點(diǎn)處均可能出現(xiàn)支點(diǎn)高差，限于篇幅，僅以支點(diǎn)C處存在支點(diǎn)高差為例進(jìn)行研究。表1為損傷工況表，分別提取第1和第2跨的跨中測(cè)點(diǎn)Sm1和Sm2的數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行分析，圖3為2個(gè)測(cè)點(diǎn)處的撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)。

表1 架橋機(jī)主梁損傷工況

分析圖3可知：(1)Sm1和Sm2測(cè)點(diǎn)處的撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)均出現(xiàn)了不同程度的突變，且突變位置均與各工況損傷區(qū)域一致，說(shuō)明盡管架橋機(jī)作業(yè)時(shí)各支點(diǎn)高度不同，但利用主梁測(cè)點(diǎn)撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)可有效識(shí)別其損傷位置。(2)工況3、工況4、工況8和工況10中的結(jié)構(gòu)損傷區(qū)域分別為第1跨跨中、支點(diǎn)B和第2跨跨中，其對(duì)應(yīng)位置均為撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)拐點(diǎn)，當(dāng)上述位置出現(xiàn)損傷時(shí)，撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)相應(yīng)位置突變同樣明顯，說(shuō)明對(duì)于特殊位置的結(jié)構(gòu)損傷，利用撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)仍可有效識(shí)別，即該方法適用于主梁全長(zhǎng)范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)損傷。(3)損傷程度相同的情況下，對(duì)于測(cè)點(diǎn)所在梁跨結(jié)構(gòu)損傷的識(shí)別效果整體優(yōu)于非測(cè)點(diǎn)所在梁跨，如Sm1測(cè)點(diǎn)撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)中，第1跨范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)損傷位置對(duì)應(yīng)的撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)突變程度大于第2跨范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)損傷位置對(duì)應(yīng)的撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)的突變，Sm2測(cè)點(diǎn)撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)中，第2跨范圍內(nèi)出現(xiàn)損傷時(shí)，撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)突變程度大于第1跨范圍損傷導(dǎo)致的突變，說(shuō)明測(cè)點(diǎn)位置與損傷區(qū)域的相對(duì)位置關(guān)系對(duì)損傷識(shí)別效果有一定影響。

圖3 Sm1和Sm2測(cè)點(diǎn)撓曲率曲線(xiàn)

為明確測(cè)點(diǎn)與損傷區(qū)域相對(duì)位置關(guān)系對(duì)識(shí)別效果的影響，針對(duì)表2所列損傷工況進(jìn)行仿真分析，假設(shè)支點(diǎn)C高差為2 cm，圖4為相對(duì)應(yīng)工況下的Sm1測(cè)點(diǎn)撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)。

分析圖4可知：相同損傷程度情況下，5種工況對(duì)應(yīng)的損傷位置均可通過(guò)Sm1測(cè)點(diǎn)撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)進(jìn)行識(shí)別，盡管工況12和工況13對(duì)應(yīng)的損傷位置和測(cè)點(diǎn)Sm1同在第1跨，但此2種工況情況下的損傷識(shí)別效果略差，說(shuō)明當(dāng)測(cè)點(diǎn)所在梁跨內(nèi)的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷時(shí)，僅利用此單一測(cè)點(diǎn)撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)也可能產(chǎn)生個(gè)別位置識(shí)別效果不佳的現(xiàn)象。

表2 架橋機(jī)主梁損傷工況

圖4 Sm1測(cè)點(diǎn)撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)

為明確個(gè)別位置損傷識(shí)別效果不佳的原因，圖5給出了工況12和工況13時(shí)Sm1測(cè)點(diǎn)的撓度影響線(xiàn)1階導(dǎo)數(shù)曲線(xiàn)。

圖5 Sm1測(cè)點(diǎn)撓度影響線(xiàn)一階導(dǎo)數(shù)曲線(xiàn)

分析圖5可知：Sm1測(cè)點(diǎn)撓度影響線(xiàn)1階導(dǎo)數(shù)曲線(xiàn)存在極值點(diǎn)，極值點(diǎn)位置約在23 m處，結(jié)合圖4進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，工況12和工況13的損傷區(qū)域均在極值點(diǎn)附近，說(shuō)明利用單一測(cè)點(diǎn)撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)進(jìn)行主梁損傷識(shí)別時(shí)，如該測(cè)點(diǎn)處撓度影響線(xiàn)1階導(dǎo)數(shù)曲線(xiàn)極值位置出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷，可能因識(shí)別效果略差而出現(xiàn)損傷遺漏的問(wèn)題。

為避免此問(wèn)題可能導(dǎo)致的嚴(yán)重后果，探求變換測(cè)點(diǎn)位置進(jìn)行此區(qū)域的損傷識(shí)別，表3為利用Sm2測(cè)點(diǎn)進(jìn)行此區(qū)域損傷識(shí)別研究的分析工況，同樣假設(shè)支點(diǎn)C高差為2 cm，圖6為Sm2測(cè)點(diǎn)撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)。

表3 架橋機(jī)主梁損傷工況

圖6 Sm2測(cè)點(diǎn)撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)

分析圖6可知：Sm2測(cè)點(diǎn)撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)在工況16—工況18對(duì)應(yīng)的損傷位置處均發(fā)生明顯突變，即利用Sm2測(cè)點(diǎn)撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)可直觀(guān)識(shí)別工況16—工況18的損傷區(qū)域，而該區(qū)域正是利用Sm1測(cè)點(diǎn)撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)無(wú)法直觀(guān)識(shí)別的區(qū)域，說(shuō)明對(duì)于兩跨連續(xù)的架橋機(jī)主梁，分別在兩跨內(nèi)各取一測(cè)點(diǎn)進(jìn)行撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)分析，可有效避免測(cè)點(diǎn)撓度影響線(xiàn)1階導(dǎo)數(shù)曲線(xiàn)極值點(diǎn)附近及非測(cè)點(diǎn)所在梁跨結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別效果略差的問(wèn)題，繼而實(shí)現(xiàn)對(duì)主梁全長(zhǎng)范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)損傷的有效識(shí)別。

3.2 2點(diǎn)損傷識(shí)別

實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，架橋機(jī)主梁發(fā)生損傷的部位可能會(huì)出現(xiàn)2點(diǎn)或多點(diǎn)損傷，此處對(duì)架橋機(jī)發(fā)生2點(diǎn)損傷進(jìn)行了研究，表4構(gòu)建了3種2點(diǎn)損傷工況，假設(shè)各工況支點(diǎn)C處存在相對(duì)高差2 cm，圖7給出了2點(diǎn)損傷時(shí)Sm1測(cè)點(diǎn)撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)。

分析圖7可知：工況19—工況21所對(duì)應(yīng)的Sm1測(cè)點(diǎn)撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)分別在其預(yù)設(shè)損傷位置出現(xiàn)2處突變，說(shuō)明對(duì)于存在支點(diǎn)高差的架橋機(jī)主梁，利用撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)不僅可有效識(shí)別單點(diǎn)損傷，還可有效識(shí)別兩點(diǎn)、甚至是多點(diǎn)損傷的損傷位置。

圖7 Sm1測(cè)點(diǎn)撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)

3.3 損傷程度量化分析

為有效進(jìn)行架橋機(jī)結(jié)構(gòu)安全評(píng)估，切實(shí)了解損傷位置處的損傷程度更加重要，假設(shè)主梁40～40.5 m區(qū)段發(fā)生損傷，主梁剛度為ζEI(ζ=0.6，0.7，0.8，0.9，1.0)，支點(diǎn)C處相對(duì)高差為2 cm，圖8給出不同損傷程度情況下，損傷位置附近的Sm1測(cè)點(diǎn)撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)。

圖8 Sm1撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)圖

由圖8可知：同一位置發(fā)生結(jié)構(gòu)損傷時(shí)，結(jié)構(gòu)損傷程度越大，損傷處所對(duì)應(yīng)的撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)突變?cè)矫黠@，說(shuō)明通過(guò)撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)可直觀(guān)判斷結(jié)構(gòu)損傷的損傷程度，但無(wú)法具體量化。

為明確損傷處的具體損傷程度，進(jìn)一步研究了撓度影響線(xiàn)曲率—損傷程度關(guān)系。由前述研究可知，撓曲率曲線(xiàn)由3段不同斜率曲線(xiàn)構(gòu)成，故將主梁分為3個(gè)區(qū)段構(gòu)建損傷工況，見(jiàn)表5。仿真分析時(shí)利用剛度折減系數(shù)ζ模擬結(jié)構(gòu)損傷，針對(duì)每種工況，ζ在1.0～0.6范圍以0.02為模數(shù)遞減取值。

表5 不同損傷程度工況表

仍取Sm1測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析，圖9分別給出了3個(gè)區(qū)間內(nèi)每種工況在不同損傷程度下的撓度影響線(xiàn)曲率—損傷程度關(guān)系擬合曲線(xiàn)。

分析圖9可知：盡管損傷區(qū)段不同，但各損傷工況的撓度影響線(xiàn)曲率—損傷程度擬合曲線(xiàn)基本呈線(xiàn)性關(guān)系，擬合曲線(xiàn)的斜率和截距取值與損傷位置相關(guān)，為探求其關(guān)系，分別對(duì)每個(gè)損傷區(qū)段內(nèi)的各工況損傷處撓—損擬合曲線(xiàn)斜率、截距、損傷位置關(guān)系進(jìn)行分析。

圖9 Sm1測(cè)點(diǎn)撓—損擬合曲線(xiàn)圖

分析時(shí)，可取每個(gè)區(qū)段中的任一工況為基準(zhǔn)進(jìn)行，方法如下：

(1)以工況n撓—損擬合關(guān)系式的斜率和截距為基礎(chǔ)，求出該區(qū)段內(nèi)各損傷工況與工況n的斜率比和截距比；

(2)以工況n+1撓—損擬合關(guān)系式的斜率比和截距比為基礎(chǔ)，求出各損傷工況與工況n+1的斜率比差和截距比差；

(3)以工況n+1的斜率比差和截距比差為基礎(chǔ)，求出各損傷工況與工況n+1的單位斜率比差、單位截距比差。

表6為區(qū)段Ⅰ內(nèi)以工況22(x′=5)為基礎(chǔ)分析得來(lái)的各工況斜率截距關(guān)系，由表6可得區(qū)段Ⅰ內(nèi)任意損傷位置的撓度影響線(xiàn)曲率-損傷程度關(guān)系，如式(12)所示。

ηⅠ=-4.58[1.21+0.22(x′-6)]×10-8ζ+2.42[1.24+0.25(x′-6)]×10-7

(12)

式中：x′為損傷位置。

表6 區(qū)段Ⅰ斜率截距關(guān)系

同理，可求得區(qū)段Ⅱ和區(qū)段Ⅲ的撓度影響線(xiàn)曲率—損傷程度關(guān)系，繼而得到架橋機(jī)主梁范圍內(nèi)的撓-損關(guān)系為

(13)

鑒于區(qū)段Ⅰ、區(qū)段Ⅱ和區(qū)段Ⅲ撓度影響線(xiàn)曲率—損傷程度擬合曲線(xiàn)的相似關(guān)系，進(jìn)一步分析可得每個(gè)區(qū)段撓—損關(guān)系的通用表達(dá)式

(14)

工程應(yīng)用時(shí)，根據(jù)實(shí)測(cè)撓度影響線(xiàn)求得撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)，即可通過(guò)撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)識(shí)別結(jié)構(gòu)損傷位置及對(duì)應(yīng)撓度影響線(xiàn)曲率值η，再依據(jù)式(13)即可求得損傷位置處的剛度折減系數(shù)ζ，繼而明確結(jié)構(gòu)損傷處的具體損傷程度。

4 結(jié) 論

(1)盡管架橋機(jī)作業(yè)過(guò)程中主梁支承隨時(shí)變化，但通過(guò)主梁撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)是否發(fā)生突變及突變所在位置，可有效識(shí)別主梁結(jié)構(gòu)是否發(fā)生結(jié)構(gòu)損傷及確定損傷位置，該方法不僅適用于單點(diǎn)損傷，還適用于兩點(diǎn)甚至是多點(diǎn)損傷。

(2)利用撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)進(jìn)行架橋機(jī)主梁損傷識(shí)別時(shí)，識(shí)別效果受測(cè)點(diǎn)與結(jié)構(gòu)損傷處的相對(duì)位置關(guān)系影響：測(cè)點(diǎn)撓度影響線(xiàn)1階導(dǎo)數(shù)極值點(diǎn)附近區(qū)域如發(fā)生結(jié)構(gòu)損傷，利用該測(cè)點(diǎn)撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)進(jìn)行損傷識(shí)別時(shí)，直觀(guān)識(shí)別效果略差，但可通過(guò)變換測(cè)點(diǎn)的方式予以解決；此外，結(jié)構(gòu)損傷程度相同時(shí)，利用撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)對(duì)于測(cè)點(diǎn)所在梁跨的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別效果整體上優(yōu)于非測(cè)點(diǎn)所在梁跨。為取得最優(yōu)識(shí)別效果，工程應(yīng)用時(shí)，建議在架橋機(jī)兩跨主梁上各選取1個(gè)測(cè)點(diǎn)對(duì)架橋機(jī)主梁進(jìn)行損傷識(shí)別。

(3)通過(guò)撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)可識(shí)別架橋機(jī)主梁損傷程度：根據(jù)實(shí)測(cè)撓度影響線(xiàn)曲率曲線(xiàn)，判別出結(jié)構(gòu)損傷位置及對(duì)應(yīng)撓度影響線(xiàn)曲率值，再依據(jù)其撓—損線(xiàn)性關(guān)系，可求得結(jié)構(gòu)剛度折減系數(shù)，繼而明確結(jié)構(gòu)損傷處的具體損傷程度。