基于AR-GP模型的结构损伤识别方法
2021-05-17唐启智辛景舟周建庭周滨枫
唐启智,辛景舟,周建庭,付 雷,周滨枫
(1.重庆交通大学 省部共建山区桥梁及隧道工程国家重点实验室,重庆 400074;2.贵州桥梁建设集团有限责任公司,贵阳 550000;3.重庆大学 土木工程学院,重庆 400074)
随着服役年限的增加,工程结构物在运营过程中由于荷载效应、材料劣化、环境侵蚀等因素的作用,其使用性能不断恶化。识别结构的早期损伤,掌握其健康状况,有着重要的科学研究意义与工程实用价值[1]。
结构损伤将导致结构固有特性的改变,从而引起结构响应的变化。结构损伤识别从结构响应出发,以期获得结构的损伤状态,其核心环节即是损伤敏感性特征(damage sensitive feature,DSF)的提取[2],常用的提取方法[3]包括频域方法和时域方法。频域方法通过实验模态分析,以频率变化率[4]、模态曲率[5]、模态应变能[6]等作为DSF进行损伤识别。时域方法在时间域上对测试数据进行分析,结合时间序列分析[7]、经验模态分解[8]等方法来提取DSF。与频域方法相比,时域方法由于不需要进行繁琐的频谱分析,越来越受到广泛关注[9~10]。
自回归(autoregressive,AR)模型作为时域方法中的重要组成部分,常被用于回归拟合结构加速度响应数据,并从中提取DSF。Lynch[11]通过对AR模型方程进行Z变换,证明了AR模型系数与结构固有特性相关。Nair等[12]以AR模型前三阶系数构造DSF,使用t检验进行了损伤识别及定位。Datteo等[13]通过全局敏感性分析和不确定分析,得出了AR模型系数对结构刚度与质量变化较为敏感,对阻尼与荷载的变化不敏感。杜永峰等以结构损伤前后AR模型残差方差之比作为损伤指标,通过数值算例定性的实现了结构损伤识别及定位。……
