基于提升小波变换和统计理论的简支梁桥损伤识别分析

刘光耀; 刘习军; 张素侠

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.201904047

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于提升小波变换和统计理论的简支梁桥损伤识别分析

论文 | 更新时间：2025-09-25

- 基于提升小波变换和统计理论的简支梁桥损伤识别分析
- Damage Identification Analysis of Simply Supported Beam Bridge based on Lifting Wavelet Transform and Statistical Theory
- 防灾减灾工程学报 2021年41卷第3期页码：594-602
- 作者机构：
  
  天津大学机械工程学院，天津 300354
- 作者简介：
  
  刘光耀（1994—），男，硕士研究生。主要从事桥梁结构的损伤检测研究。E⁃mail: liugy@tju.edu.cn
  张素侠（1978—），女，副教授，博导，博士。主要从事结构的损伤检测与健康监控研究。E⁃mail: zhangsux@tju.edu.cn
- 基金信息：
  
  天津市自然科学基金(17JCYBJC18700);天津市交通运输科技发展计划项目(2018B-33)
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.201904047
  中图分类号： U446;TU317
- 收稿：2019-04-19，
  
  修回：2019-05-29，
  
  纸质出版：2021-06-16
- 稿件说明：
移动端阅览
刘光耀,刘习军,张素侠.基于提升小波变换和统计理论的简支梁桥损伤识别分析[J].防灾减灾工程学报,2021,41(03):594-602.

LIU Guangyao,LIU Xijun,ZHANG Suxia.Damage Identification Analysis of Simply Supported Beam Bridge based on Lifting Wavelet Transform and Statistical Theory[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2021,41(03):594-602.
刘光耀,刘习军,张素侠.基于提升小波变换和统计理论的简支梁桥损伤识别分析[J].防灾减灾工程学报,2021,41(03):594-602. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.201904047.

LIU Guangyao,LIU Xijun,ZHANG Suxia.Damage Identification Analysis of Simply Supported Beam Bridge based on Lifting Wavelet Transform and Statistical Theory[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2021,41(03):594-602. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.201904047.

摘要

为了解决损伤识别中对健康结构响应数据的依赖问题和小损伤难以识别情况，提出基于提升小波变换和统计理论的简支梁桥损伤识别分析方法，通过测得损伤状态下的动态应变响应即可对损伤位置直接判断。首先基于应变响应对结构局部损伤的敏感性，利用提升小波变换分解重构出比原始应变响应更加光滑的低频应变响应；然后根据统计理论，构建出应变方差局部概率（Strain Variance Local Probability， SVLP

）损伤指标进行损伤定位分析。以简支梁桥为研究对象，在数值模拟中讨论了单处、多处损伤、不同车速与荷载、抗噪性以及测点稀疏布置等方面对损伤识别效果的影响；最后通过简支梁桥模型进行了实验验证，结果表明所提方法在简支梁桥损伤识别中简单有效，对微小损伤也能准确识别。

Abstract

In order to solve the problem of dependence on health structural response data in damage identification and the difficulty of identifying small damage， a new damage identification method for simply supported beam bridges based on lifting wavelet transform and statistical theory is proposed， which can directly identify the damage location by measuring the dynamic strain response in the damage state. Firstly， based on the sensitivity of the strain response to the local damage of the structure， the lifting wavelet transform is used to reconstruct the low-frequency strain response which is smoother than the original strain response； And then according to the statistical theory， the damage index of strain variance local probability （SVLP3） is constructed for damage location analysis. Taking a simply supported beam bridge as the research object， it discusses the effects of single damage， multiple damage， different speed and load， the noise resistance and the sparse measuring points in the numerical simulation. Finally， the experimental verification is carried out by the model of simply supported beam bridge， and the experimental results show that the proposed method is simple and effective in the damage identification for simply supported beam bridge and can also accurately identify minor damage.

关键词

Keywords

references

李德葆 . 实验应变/应力模态分析若干问题的进展评述［J］. 振动与冲击， 1996 ， 15 （ 1 ）： 13 - 17 .

Li D B . A general review on several fundamenlal points of experimental strain/stress modal analysis ［J］. Journal of vibration and shock ， 1996 ， 15 （ 1 ）： 13 - 17 . （in Chinese）

李德葆，陆秋海 . 应变模态分析和曲率模态分析［C］// 第十五届全国振动与噪声控制高技术及应用会议 . 北京：中国振动工程协会， 2001 ： 149 - 167 .

Li D B ， Lu Q H . Strain modal analysis and curvature modal analysis ［C］∥ The 15th National Conference on High Technology and Application of Vibration and Noise Control . Beijing ： China Association of Vibration Engineering ， 2001 ： 149 - 167 . （in Chinese）

Pandey A K ， Biswas M ， Samman M M . Damage detection from changes in curvature mode shapes ［J］. Journal of Sound Vibration ， 1991 ， 145 （ 2 ）： 321 - 332 .

Fariba S ， Faramarz K ， Akbar E . Structural damage identification based on strain frequency response functions ［J］. International Journal of Structural Stability and Dynamics ， 2018 ， 18 （ 12 ）： 185 0159-1-25 .

商开然 . 基于离散小波变换的桥梁损伤识别方法研究［D］. 天津：天津大学， 2014 ： 33 - 42 . （in Chinese）

Shang K R . Damage detection of bridge structures based on the discrete wavelet transform ［D］. Tianjin ： Tianjin University ， 2014 ： 33 - 42 . （in Chinese）

Singh M P ， Elbadawy M Z ， Bisht S S . Dynamic strain response measurement-based damage identification in structural frames ［J］. Structural Control and Health Monitoring ， 2018 ， 25 （ 7 ）： 1 - 21 .

许如锋，陈建国，赵作周，等 . 基于应变和PSO-BP神经网络的连续梁桥损伤识别方法［J］. 安全与环境学报， 2017 ， 17 （ 6 ）： 2093 - 2098 .

Xu R F ， Chen J G ， Zhao Z Zh ， et al . Damage identification and discrimination method for the continuous bridges based on the strain and PSO-BP neural network ［J］. Journal of Safety and Environment ， 2017 ， 17 （ 6 ）： 2093 - 2098 . （in Chinese）

Janeliukstis R ， Rucevskis S ， Wesolowski M ， et al . Multiple damage identification in beam structure based on wavelet transform ［J］. Procedia Engineering ， 2017 ， 172 ： 426 - 432 .

Han J G ， Ren W X ， Sun Z S . Wavelet packet based damage identification of beam structures ［J］. International Journal of Solids and Structures ， 2005 ， 42 （ 26 ）： 6610 - 6627 .

范哲，冯新，周晶 . 基于小波传递性函数的结构损伤识别研究［J］. 地震工程与工程振， 2014 ， 35 （ 4 ）： 28 - 34 .

Fan Zh ， Feng X ， Zhou J . Structural damage detection by using wavelet based transmissibility function ［J］. Earthquake Engineering and Engineering Dynamics ， 2014 ， 34 （ 5 ）： 28 - 34 . （in Chinese）

范哲，冯新，周晶 . 基于分布式应变监测的大跨度斜拉桥结构损伤探测［J］. 防灾减灾工程学报， 2014 ， 34 （ 1 ）： 46 - 51 .

Fan Zh ， Feng X ， Zhou J . Damage detection of long-span cable-stayed bridge based on the distributed strain monitoring ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2014 ， 34 （ 1 ）： 46 - 51 . （in Chinese）

Zhou J ， Li Z ， Chen J L . Damage identification method based on continuous wavelet transform and mode shapes for composite laminates with cutouts ［J］. Composite Structures ， 2018 ， 191 ： 12 - 23 .

杨晓明，刘海卿 . 基于结构动态响应统计特征的损伤指标研究［J］. 地震工程与工程振动， 2009 ， 29 （ 2 ）： 166 - 172 .

Yang X M ， Liu H Q . Damage index based on statistical properties of structural dynamic responses ［J］. Earthquake Engineering and Engineering Dynamics ， 2009 ， 29 （ 2 ）： 106 - 172 . （in Chinese）

Fan Q ， Ikejo K ， Nagamura K ， et al . Application of statistical parameters and discrete wavelet transform to gear damage diagnosis ［J］. Journal of Advanced Mechanical Design Systems and Manufacturing ， 2014 ， 8 （ 2 ）： 1 - 12 .

孙增寿，张耀，王希东 . 基于运营环境和提升小波变换的桥梁损伤检测研究［J］. 防灾减灾工程学报， 2014 ， 34 （ 6 ）： 718 - 724 .

Sun Z Sh ， Zhang Y ， Wang X D . Research on bridge damage detection based on operational environment and lifting wavelet transform ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2014 ， 34 （ 6 ）： 718 - 724 . （in Chinese）

刘习军，王正飞，张素侠 . 基于振动响应统计特征的简支梁桥损伤检测［J］. 铁道科学与工程学报， 2018 ， 15 （ 11 ）： 2842 - 2850 .

Liu X J ， Wang Zh F ， Zhang S X . Damage detection of simply-supported beam bridge based on statistics characteristic of vibration responses ［J］. Journal of Railway Science and Engineering ， 2018 ， 15 （ 11 ）： 2842 - 2850 . （in Chinese）

马立新 . 基于提升小波变换的风电功率预测模型［J］. 电力科学与工程， 2018 ， 34 （ 2 ）： 20 - 25 .

Ma L X . Prediction model of wind power based on lifting wavelet transform ［J］. Electric Power Science and Engineering ， 2018 ， 34 （ 2 ）： 20 - 25 . （in Chinese）

克拉夫 . 结构动力学［M］. 彭津，译. 北京：高等教育出版社， 2006 ： 339 - 345 .

Krogh R . Structural dynamics ［M］. Peng J . Beijing ： Advanced Education Press ， 2006 ： 339 - 345 . （in Chinese）

任鹏，周智，武文华，等 . 基于应变响应统计特征的海洋立管损伤诊断方法［J］. 振动与冲击， 2017 ， 36 （ 1 ）： 23 - 30 .

Ren P ， Zhou Zh ， Wu W H ， et al . Damage diagnosis strategy for offshore risers based on statistical features of strain responses ［J］. Journal of Vibration and Shock ， 2017 ， 36 （ 1 ）： 23 - 30 . （in Chinese）

周宇，狄生奎，王立宪，等 . 基于柔度指标的系杆拱桥损伤识别与寿命预测［J］. 防灾减灾工程学报， 2018 ， 38 （ 6 ）： 1033 - 1043 .

Zhou Y ， Di Sh K ， Wang L X ， et al . Damage detection and life prediction of tied arch bridge based on flexibility-curvature-difference-rate ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2018 ， 38 （ 6 ）： 1033 - 1043 . （in Chinese）

Andreaus U ， Casini P . Identification of multiple open and fatigue cracks in beam-like structures using wavelets on deflection signals ［J］. Continuum Mechanics and Thermodynamics ， 2016 ， 28 （ 1 ）： 361 - 378 .

Overbey L A ， Todd M D . Effects of noise on transfer entropy estimation for damage detection ［J］. Mechanical Systems and Signal Processing ， 2009 ， 23 （ 7 ）： 2178 - 2191 .

王晓春，刘习军，张素侠 . 基于提升小波变换和互相关函数的梁式桥损伤检测［J］. 实验力学， 2017 ， 32 （ 4 ）： 487 - 494 .

Wang X Ch ， Liu X J ， Zhang S X . Beam bridge damage detection based on lifting wavelet transform and cross correlation function ［J］. Journal of Experimental Mechanics ， 2017 ， 32 （ 4 ）： 487 - 494 . （in Chinese）

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

基于时频变换和卷积神经网络的结构损伤识别