基于有限元模型确认的桥梁结构概率损伤识别方法研究

桥梁结构系统本身及模拟的很多不确定性、监测系统测量误差和噪声干扰等复杂因素，给桥梁结构的早期损伤识别带来很大的困难，使之成为桥梁健康监测和安全评估的瓶颈。基于模型确认的桥梁结构概率损伤识别方法研究课题，紧密结合桥梁健康监测，研究能够反映桥梁结构损伤局部化特点的敏感损伤特征指标及其统计分布规律；结合有限元模型确认技术和概率统计方法，研究基于确认有限元模型的桥梁结构概率损伤诊断方法；以混凝土简支梁桥和连续刚构桥模型的地震模拟振动台损伤试验来验证方法的有效性，同时结合实桥健康监测系统验证平台，探索实桥早期损伤诊断的可行性。本课题研究可以应用于桥梁结构健康监测、损伤识别和安全评估，对于桥梁健康监测具有重要的理论意义和实用价值。

桥梁健康监测与安全评估一直是国内外土木工程届的研究热点和关注焦点之一，但是桥梁结构的早期损伤诊断已经成为制约桥梁健康监测健康发展的瓶颈之一。相对于确定性的损伤识别，基于概率统计理论框架的损伤识别方法能够更好地反应损伤问题的不确定性本质；不确定性量化和传递是当前模型验证和确认（V&V ）所关注的焦点，但是，还没有能够对大型复杂桥梁结构系统的不确定性进行精确量化和损伤识别。本课题的特色是紧密结合桥梁健康监测，研究基于模型确认的桥梁结构概率损伤识别方法，主要研究内容如下：(1)研究能够反映桥梁结构损伤局部化特点的敏感损伤特征指标及其统计分布规律；(2)环境因素和结构参数的不确定性在模型修正&确认过程中的量化和传递分析；(3)结合有限元模型确认技术和概率统计方法，研究基于有限元模型修正和确认的桥梁结构概率损伤识别方法；(4)以桥梁结构模型试验和实桥健康监测来验证所建议损伤识别方法的有效性。.项目取得的主要成果如下：(1)提出基于模态应变能变化率的单元损伤指标和比例阻尼系统的损伤识别方法；(2)建立基于响应面模型修正和模态应变能变化率的损伤识别方法；(3)建立了实际运行状态下新沂河大桥车辆荷载模型；(4)建立了基于两阶段响应面和支持向量机的结构多尺度模型修正&确认方法，实现了不确定性参数正反向传递；(5)建立基于模型修正&确认的桥梁结构概率损伤识别和评估方法；(6)建立了基于实际运行荷载的灌河大桥疲劳可靠性分析方法，可供实桥疲劳评估参考；(7)开展了大跨度桥梁（包括斜拉桥、连续刚构桥和连续梁桥）的地震模拟振动台多台阵试验研究，积累了大量的试验数据，可为结构概率损伤识别方法提供必要的试验验证。项目研究成果在京沪高速新沂河大桥和沈海高速灌河大桥监测与评估中得到了推广应用，并受到业主好评。 .在国内外一流刊物上发表了7篇SCI检索论文、14篇EI检索论文和5篇核心期刊论文；并出版专著2部、提出发明专利4个。在人才培养方面：已毕业博士生2名、在读博士生2名；已毕业硕士生9名、在读硕士生1名；项目组成员之一王浩博士获得获得2014年教育部新世纪人才支持计划项目资助，并晋升研究员，夏樟华博士晋升副研究员。 .本项目的研究成果可以应用于桥梁结构健康监测、损伤识别和安全评估，对于桥梁健康监测具有重要的理论意义和实用价值。.