移动荷载下桥梁损伤识别
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移动荷载下桥梁损伤识别
选题意义： • 由于桥梁所处的地理位置一般非常重要且无法绕
行,所以在不影响正常交通的情况下,利用在正常 行驶车辆作用下桥梁的响应对桥梁结构进行损伤 识别,具有非常重要的实际意义。
• 此毕业论文选择移动荷载下桥梁的损伤识别，一 是对此方向较为感兴趣；二是为今后从事桥梁损 伤识别的研究奠定良好的基础。
移动荷载下桥梁损伤识别
移动荷载下桥梁损伤识别
• 对于信号 ,经过EMD分解后X结(t)果 n 为cj:(t)rn(t) j1
• 对到上 : 式中的每个固cj(t)有H 模[cj(态t)]函1 ct做j()dHilbert变换得
z j( t) c j( t) j[ H c j( t) ] a j( t) e ij( t)
• 这样就可以把信号表示成下列形式:
移动荷载下桥梁损伤识别
画出Hilbert谱：
y ( t) 3 si 1 n t) 0 ( 5 si 2 n t) 0 (
移动荷载下桥梁损伤识别
移动荷载下桥梁损伤识别
• 小结： 1.从FFT谱中可以观察出信号包含的频率成分,却无法从中看出任
何信号发生突变的信息。
梁的弹性模量为18.9×109pa,抗弯惯性矩I=1/6m4,质量 7800kg/m。 • 利用ANSYS建模，梁单元数为200单元，通过降低梁1/4处的弹 性模量表示桥梁发生损伤。
移动荷载下桥梁损伤识别
• 首先,将完好结构与三种损伤情况下结构的 前5阶固有频率进行比较,如表所示。 可以发现结构的频率并没有显著的变化, 加之实际测试环境干扰因素很多,如噪声等, 所以通过比较固有频率的方法在这很难进 行损伤识别。
桥梁的最大挠度总是出现在，荷载处在桥梁中点附近 的时刻,而不是车辆正在桥梁中点时刻。 2.中点的位移会随着损伤程度的加大而加大。
移动荷载下桥梁损伤识别
提取桥梁结构损伤前后跨中节点处的加速度响应比 较：
• 损伤前：
移动荷载下桥梁损伤识别
损伤30%：
定额套价说明
损伤50%：
移动荷载下桥梁损伤识别
损伤70%：
工料机分析 南昌大学2013届本科生 学位论文答辩
移动荷载下桥梁损伤识别
然后通过HHT方法对结跨中节点的信号响应进 行分析
完好结构：
移动荷载下桥梁损伤识别
损伤30%
南昌大学2013届本科生 学位论文答辩
移动荷载下桥梁损伤识别
• 损伤50%:
南昌大学2013届本科生 学位论文答辩
移动荷载下桥梁损伤识别
损伤70%：
移动荷载下桥梁损伤识别
• 小结： 随着损伤程度的变大，边际谱和能量谱的幅值随 之增大，因此我们可以通过Hibert边际谱和能量 边际谱实现对损伤程度的识别。
移动荷载下桥梁损伤识别
的主要是静力荷载 主
动态识别法：基于振型、振型曲率、结 构固有频率
变
移动荷载结下桥构梁损柔伤识度别、频响函数等动力
第二部分 希尔伯特-黄变换（HHT）的基本理论
• 希尔伯特—黄变换（HHT）由台湾中央研究院院士黄锷 （Norden E. Huang）等人提出，将欲分析信号分解为固 有模态函数（IMF），这样的分解流程称为经验模态分解 (EMD)的方法。然后将IMF作希尔伯特转换,正确地获得资 料的瞬时频率。
• 构造解析信号: aj(t) c2j(t)H2[cj(t)]
j(t)arcH [tca j(t)n /]cj((t)) • 解析信号的幅值移动函荷载数下:桥梁损伤识别
• 再对相位函数求导既得瞬时角频率和瞬时频率:
j
(t)
dj (t)
dt
fj
(t) 1
2
dj (t)
dt
n
X(t)Re ai(t)eji(t) i1
移动荷载下桥梁损伤识别
第三部分 桥梁的损伤识别
提取桥梁结构损伤前后跨中节点处的位移响应比较： 损伤前：
移动荷载下桥梁损伤识别
• 损伤30%：
移动荷载下桥梁损伤识别
损伤50%：
移动荷载下桥梁损伤识别
• 损伤70%：
移动荷载下桥梁损伤识别
• 小结： 1.比较不同损伤程度下，中点处的位移变化，可以发现：
2.从HHT时频谱图中可看出频谱图有突变,且可很明显地看出突变 的时刻分别是t=0.65移s动处荷，载H下i桥lb梁e损rt伤谱识可别 以识别出损伤发生的时
第二部分希尔伯特-黄变换（HHT）的基本理论
T
Hilbert边际谱h：() H(,t)dt 0
T
E() H2(,t)dt
0
若认为能量可以表示为振幅的平方,那 么也可以得到Hi移l动b荷e载r下t桥能梁量损伤谱识别,进而得
• 总结： 1.H(w,t)精确地描述了信号的幅值在整个频率段上
随时间和频率的变化规律。 2.边际谱h(w)反映了单位频率内的幅度分布,给出了
每个频率成分的贡献,而能量边际谱E(w)则表现了 能量随时间变化的信息。
移动荷载下桥梁损伤识别
第三部分 移动荷载下桥梁的损伤识别 • 桥梁的总长L=10m,梁的横截面宽为2m，高为1m,车重为10000N,
• 主要步骤如下：首先用经验模态分解方法(EMD)把数据分 解为n阶固有模态函数(IMF)和残余变量,然后再将每一阶 IMF做Hilbert变换获得信号的时频谱-Hilbert谱。
移动荷载下桥梁损伤识别
假设这样一个信y ( t 号) ：3 si 1 n t) 0 ( 5 si 2 n t) 0 (
移动荷载下桥梁损伤识别
论文结构和主要内容
• 第一部分
桥梁识别的研究 现状
• 第二部分 希尔伯特-黄变
换（HHT）的基本 理论
• 第三部分
移动荷载下桥梁 的损伤识别
第四部分 毕业论文总结
移动荷载下桥梁损伤识别
第一部分 桥梁损伤识别方法
• 目前结构的损伤来自百度文库别常用的方法有： 静态识别法：基于静态测试数据,施加
移动荷载下桥梁的损伤识别
移动荷载下桥梁损伤识别
选题的背景及意义
– 选题背景：随着城市的发展以及人口的增长,建筑物越来越密集,道路难 于拓宽,从而导致交通日渐拥堵，由于结构的设计服役期较长,环境因素 的影响大,加之现在车速不断的提高,车辆荷载对桥梁结构的激振作用越 来越明显，在多种因素的影响下,桥梁结构出现了不同程度的损伤,随着 损伤的不断积累,结构就会突然失效,造成严重的经济损失以及人员伤亡, 为了生命财产的安全,对桥梁结构进行损伤识别显得尤为重要。
选题意义： • 由于桥梁所处的地理位置一般非常重要且无法绕
行,所以在不影响正常交通的情况下,利用在正常 行驶车辆作用下桥梁的响应对桥梁结构进行损伤 识别,具有非常重要的实际意义。
• 此毕业论文选择移动荷载下桥梁的损伤识别，一 是对此方向较为感兴趣；二是为今后从事桥梁损 伤识别的研究奠定良好的基础。
移动荷载下桥梁损伤识别
移动荷载下桥梁损伤识别
• 对于信号 ,经过EMD分解后X结(t)果 n 为cj:(t)rn(t) j1
• 对到上 : 式中的每个固cj(t)有H 模[cj(态t)]函1 ct做j()dHilbert变换得
z j( t) c j( t) j[ H c j( t) ] a j( t) e ij( t)
• 这样就可以把信号表示成下列形式:
移动荷载下桥梁损伤识别
画出Hilbert谱：
y ( t) 3 si 1 n t) 0 ( 5 si 2 n t) 0 (
移动荷载下桥梁损伤识别
移动荷载下桥梁损伤识别
• 小结： 1.从FFT谱中可以观察出信号包含的频率成分,却无法从中看出任
何信号发生突变的信息。
梁的弹性模量为18.9×109pa,抗弯惯性矩I=1/6m4,质量 7800kg/m。 • 利用ANSYS建模，梁单元数为200单元，通过降低梁1/4处的弹 性模量表示桥梁发生损伤。
移动荷载下桥梁损伤识别
• 首先,将完好结构与三种损伤情况下结构的 前5阶固有频率进行比较,如表所示。 可以发现结构的频率并没有显著的变化, 加之实际测试环境干扰因素很多,如噪声等, 所以通过比较固有频率的方法在这很难进 行损伤识别。
桥梁的最大挠度总是出现在，荷载处在桥梁中点附近 的时刻,而不是车辆正在桥梁中点时刻。 2.中点的位移会随着损伤程度的加大而加大。
移动荷载下桥梁损伤识别
提取桥梁结构损伤前后跨中节点处的加速度响应比 较：
• 损伤前：
移动荷载下桥梁损伤识别
损伤30%：
定额套价说明
损伤50%：
移动荷载下桥梁损伤识别
损伤70%：
工料机分析 南昌大学2013届本科生 学位论文答辩
移动荷载下桥梁损伤识别
然后通过HHT方法对结跨中节点的信号响应进 行分析
完好结构：
移动荷载下桥梁损伤识别
损伤30%
南昌大学2013届本科生 学位论文答辩
移动荷载下桥梁损伤识别
• 损伤50%:
南昌大学2013届本科生 学位论文答辩
移动荷载下桥梁损伤识别
损伤70%：
移动荷载下桥梁损伤识别
• 小结： 随着损伤程度的变大，边际谱和能量谱的幅值随 之增大，因此我们可以通过Hibert边际谱和能量 边际谱实现对损伤程度的识别。
移动荷载下桥梁损伤识别
的主要是静力荷载 主
动态识别法：基于振型、振型曲率、结 构固有频率
变
移动荷载结下桥构梁损柔伤识度别、频响函数等动力
第二部分 希尔伯特-黄变换（HHT）的基本理论
• 希尔伯特—黄变换（HHT）由台湾中央研究院院士黄锷 （Norden E. Huang）等人提出，将欲分析信号分解为固 有模态函数（IMF），这样的分解流程称为经验模态分解 (EMD)的方法。然后将IMF作希尔伯特转换,正确地获得资 料的瞬时频率。
• 构造解析信号: aj(t) c2j(t)H2[cj(t)]
j(t)arcH [tca j(t)n /]cj((t)) • 解析信号的幅值移动函荷载数下:桥梁损伤识别
• 再对相位函数求导既得瞬时角频率和瞬时频率:
j
(t)
dj (t)
dt
fj
(t) 1
2
dj (t)
dt
n
X(t)Re ai(t)eji(t) i1
移动荷载下桥梁损伤识别
第三部分 桥梁的损伤识别
提取桥梁结构损伤前后跨中节点处的位移响应比较： 损伤前：
移动荷载下桥梁损伤识别
• 损伤30%：
移动荷载下桥梁损伤识别
损伤50%：
移动荷载下桥梁损伤识别
• 损伤70%：
移动荷载下桥梁损伤识别
• 小结： 1.比较不同损伤程度下，中点处的位移变化，可以发现：
2.从HHT时频谱图中可看出频谱图有突变,且可很明显地看出突变 的时刻分别是t=0.65移s动处荷，载H下i桥lb梁e损rt伤谱识可别 以识别出损伤发生的时
第二部分希尔伯特-黄变换（HHT）的基本理论
T
Hilbert边际谱h：() H(,t)dt 0
T
E() H2(,t)dt
0
若认为能量可以表示为振幅的平方,那 么也可以得到Hi移l动b荷e载r下t桥能梁量损伤谱识别,进而得
• 总结： 1.H(w,t)精确地描述了信号的幅值在整个频率段上
随时间和频率的变化规律。 2.边际谱h(w)反映了单位频率内的幅度分布,给出了
每个频率成分的贡献,而能量边际谱E(w)则表现了 能量随时间变化的信息。
移动荷载下桥梁损伤识别
第三部分 移动荷载下桥梁的损伤识别 • 桥梁的总长L=10m,梁的横截面宽为2m，高为1m,车重为10000N,
• 主要步骤如下：首先用经验模态分解方法(EMD)把数据分 解为n阶固有模态函数(IMF)和残余变量,然后再将每一阶 IMF做Hilbert变换获得信号的时频谱-Hilbert谱。
移动荷载下桥梁损伤识别
假设这样一个信y ( t 号) ：3 si 1 n t) 0 ( 5 si 2 n t) 0 (
移动荷载下桥梁损伤识别
论文结构和主要内容
• 第一部分
桥梁识别的研究 现状
• 第二部分 希尔伯特-黄变
换（HHT）的基本 理论
• 第三部分
移动荷载下桥梁 的损伤识别
第四部分 毕业论文总结
移动荷载下桥梁损伤识别
第一部分 桥梁损伤识别方法
• 目前结构的损伤来自百度文库别常用的方法有： 静态识别法：基于静态测试数据,施加
移动荷载下桥梁的损伤识别
移动荷载下桥梁损伤识别
选题的背景及意义
– 选题背景：随着城市的发展以及人口的增长,建筑物越来越密集,道路难 于拓宽,从而导致交通日渐拥堵，由于结构的设计服役期较长,环境因素 的影响大,加之现在车速不断的提高,车辆荷载对桥梁结构的激振作用越 来越明显，在多种因素的影响下,桥梁结构出现了不同程度的损伤,随着 损伤的不断积累,结构就会突然失效,造成严重的经济损失以及人员伤亡, 为了生命财产的安全,对桥梁结构进行损伤识别显得尤为重要。