基于有限元分析的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)

2023年12月12日發(fā)(作者：心勞)

-

基于有限元分析的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)

近年來(lái)，橋梁在城市化進(jìn)程中扮演著越來(lái)越重要的角色。作為城市交通的重要組成部分，橋梁不僅連接著城市的各個(gè)角落，更承載著大量的人流、物流和信息流。然而，在長(zhǎng)期使用中，橋梁結(jié)構(gòu)必然會(huì)面臨著一系列問(wèn)題，尤其是的健康狀態(tài)的問(wèn)題。那么，如何科學(xué)有效地監(jiān)測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)呢？

目前，隨著有限元分析方法的逐漸普及，基于有限元分析的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)方法逐漸成為了關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。這種方法的特點(diǎn)是可以從結(jié)構(gòu)內(nèi)部的微觀變化開(kāi)始，通過(guò)監(jiān)測(cè)其宏觀變化，獲得結(jié)構(gòu)損傷的位置、形態(tài)及程度。下面我們來(lái)詳細(xì)探討此方法的原理和具體操作流程。

首先，有限元分析可以將橋梁結(jié)構(gòu)抽象成為一個(gè)由單元組成的有限元模型。將橋梁結(jié)構(gòu)與其單元連接起來(lái)，就能夠模擬出橋梁結(jié)構(gòu)在不同載荷組合下的應(yīng)力、應(yīng)變、位移等相關(guān)參數(shù)。同時(shí)，有限元分析還可以以微小位移作為實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)參數(shù)，通過(guò)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的綜合響應(yīng)進(jìn)行測(cè)試，從而獲得結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性參數(shù)，進(jìn)一步確定結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)。

其次，在有限元分析的基礎(chǔ)上，常用的健康監(jiān)測(cè)方法包括動(dòng)態(tài)響應(yīng)監(jiān)測(cè)和靜力監(jiān)測(cè)。其中，動(dòng)態(tài)響應(yīng)監(jiān)測(cè)又分為兩類(lèi)方式：自由振動(dòng)試驗(yàn)和強(qiáng)迫振動(dòng)試驗(yàn)。自由振動(dòng)試驗(yàn)是將橋梁結(jié)構(gòu)隨機(jī)激勵(lì)，通過(guò)記錄橋梁的波形響應(yīng)，反算得出結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)。而強(qiáng)迫振動(dòng)試驗(yàn)則需在結(jié)構(gòu)的典型點(diǎn)處施加外力，以期制動(dòng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振，從而獲得結(jié)構(gòu)更深層次、更精細(xì)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。靜力監(jiān)測(cè)則更偏重于橋梁結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測(cè)，通過(guò)設(shè)置變形傳感器，收集橋梁受載時(shí)的變形信息，進(jìn)而推導(dǎo)出結(jié)構(gòu)實(shí)際的受力情況和強(qiáng)度損失情況。

需要指出的是，無(wú)論是哪一種監(jiān)測(cè)方式，都需要采用先進(jìn)的監(jiān)測(cè)設(shè)備和大量高精度的數(shù)據(jù)處理工具。在現(xiàn)代的橋梁健康監(jiān)測(cè)中，地震觀測(cè)儀、傾斜儀、加速度計(jì)、位移傳感器等各種高精度的設(shè)備已經(jīng)應(yīng)用到監(jiān)測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的工作中，數(shù)據(jù)處理方面也有各種基于AI技術(shù)的自動(dòng)化工具，足以應(yīng)對(duì)大量數(shù)據(jù)并自動(dòng)去噪、自動(dòng)判斷結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)并反饋等操作。

最后，就監(jiān)測(cè)結(jié)果的處理方面來(lái)說(shuō)，需要特別注意。不同的監(jiān)測(cè)結(jié)果反映了不同的結(jié)構(gòu)特性，如果沒(méi)有合理的、可靠的數(shù)據(jù)處理方法，極有可能會(huì)誤判結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)，并給后續(xù)的結(jié)構(gòu)維護(hù)工作帶來(lái)極大麻煩。因此，如何綜合各種監(jiān)測(cè)結(jié)果，以最全面、最準(zhǔn)確的方式匯報(bào)結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)，是在橋梁健康監(jiān)測(cè)中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。

總之，基于有限元分析的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)方法具有簡(jiǎn)單易操作、數(shù)據(jù)精確可靠等特點(diǎn)，通過(guò)采集微小的變形和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，可以比較準(zhǔn)確地判斷橋梁結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)，并且提供有力的科學(xué)依據(jù)，為后續(xù)橋梁維護(hù)工作提供了參考。當(dāng)然，針對(duì)具體的橋梁結(jié)構(gòu)，還需要根據(jù)地形、使用情況、材料等因素進(jìn)行合理的監(jiān)測(cè)方案制定，才能讓健康監(jiān)測(cè)更加科學(xué)、可靠和高效。

-