基于攝影測(cè)量的簡(jiǎn)支梁橋損傷識(shí)別

李 萍，張勁泉，王 磊，王 陶，閆 昕

(1.交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院,北京 100088;2.中路高科交通科技集團(tuán)有限公司,北京 100088)

0 引言

在自然環(huán)境、材料劣化、施工缺陷、超載等因素的作用下，服役橋梁結(jié)構(gòu)的安全性能會(huì)逐漸降低，對(duì)人民的生命財(cái)產(chǎn)有重大威脅[1]。傳統(tǒng)的橋梁損傷檢測(cè)對(duì)損傷定位和損傷程度判定缺少經(jīng)濟(jì)而有效的辦法，科學(xué)、高效、規(guī)范的橋梁損傷判定具有重要的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)價(jià)值。

動(dòng)力作用下的橋梁變形測(cè)量是安全性分析和性能檢測(cè)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。目前已有不少專家學(xué)者[2-5]提出如基于模態(tài)曲率、固有頻率、振型變化、柔度矩陣等研究方法檢測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)損傷。比較而言，固有頻率法利用加速度傳感器捕捉橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)頻率檢測(cè)損傷，可操作性強(qiáng)，但是高階模態(tài)的結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率受到噪聲干擾，影響測(cè)量精度。柔度矩陣法在理論上可行，但在實(shí)際工程中可操作性較差。結(jié)構(gòu)振型對(duì)損傷不敏感，因此評(píng)估精度較差。Pandey等[6]較早提出了基于曲率模態(tài)差的梁結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別方法。鄭明剛等[7]闡述了曲率模態(tài)對(duì)局部損傷的敏感性優(yōu)于結(jié)構(gòu)振型指標(biāo)。

結(jié)構(gòu)的損傷會(huì)造成質(zhì)量和剛度的下降，這將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)的變化。由結(jié)構(gòu)力學(xué)原理可知，曲率與結(jié)構(gòu)抗彎剛度成反比。如果橋梁結(jié)構(gòu)沒(méi)有損傷，則等截面橋梁結(jié)構(gòu)的曲率模態(tài)是圓滑曲線。當(dāng)局部位置出現(xiàn)損傷時(shí)，將造成抗彎剛度降低，導(dǎo)致曲率增大，損傷位置出現(xiàn)峰值突變。突變反映了結(jié)構(gòu)的損傷信息，包括損傷位置和損傷程度。基于以上原理可以對(duì)橋梁損傷識(shí)別進(jìn)行定位和定量分析。謝啟芳等[8]證明了曲率模態(tài)技術(shù)對(duì)木梁檢測(cè)損傷有效。郭杏林等[9]指出該方法適用于梁式結(jié)構(gòu)、桁架、板式等多種類型的結(jié)構(gòu)損傷定位。劉義倫等[10]闡明了曲率模態(tài)識(shí)別損傷的優(yōu)勢(shì)及存在的問(wèn)題。

基于曲率模態(tài)檢測(cè)損傷物理意義明確，但是國(guó)內(nèi)外無(wú)相應(yīng)的傳感器能直接測(cè)得曲率模態(tài)，主要采用中心差分法處理位移模態(tài)，近似計(jì)算得到曲率模態(tài)。目前位移測(cè)量方式可分為：(1)接觸式測(cè)量，通過(guò)布設(shè)位移傳感器LVDT(或加速度傳感器)獲取結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變形數(shù)據(jù)，布設(shè)過(guò)程耗費(fèi)人力物力，傳感器數(shù)量有限。(2)非接觸測(cè)量，基于GPS、全站儀等設(shè)備測(cè)量結(jié)構(gòu)變形，設(shè)備價(jià)格高，測(cè)點(diǎn)數(shù)量有限。

隨著視頻圖像處理技術(shù)和圖像采集硬件的逐漸發(fā)展，基于視頻的結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測(cè)方法逐漸成為研究熱點(diǎn)。該方法采集被測(cè)結(jié)構(gòu)振動(dòng)的視頻，借助目標(biāo)追蹤算法得到被測(cè)點(diǎn)在圖像中的運(yùn)動(dòng)軌跡，再通過(guò)圖像與現(xiàn)實(shí)的幾何關(guān)系換算結(jié)構(gòu)的位移。在該方法的實(shí)施過(guò)程中，相機(jī)架設(shè)在遠(yuǎn)離結(jié)構(gòu)的固定點(diǎn)位，對(duì)結(jié)構(gòu)無(wú)干擾。相機(jī)視野范圍涵蓋測(cè)量范圍廣，可多點(diǎn)同步測(cè)量，因此該方法可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、非接觸、高精度、多點(diǎn)同步監(jiān)測(cè)[11-12]。文獻(xiàn)[13]給出了基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的結(jié)構(gòu)位移測(cè)量方法，并通過(guò)實(shí)橋測(cè)量案例證實(shí)了該方法與GPS測(cè)量結(jié)果高度一致。文獻(xiàn)[14]證實(shí)了基于視頻監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)位移與LVDT監(jiān)測(cè)結(jié)果相近，測(cè)量誤差小于5%。如前所述，傳統(tǒng)的測(cè)量方式測(cè)點(diǎn)數(shù)量有限，而近景攝影測(cè)量法從理論上來(lái)說(shuō)可以獲得較為密集的測(cè)點(diǎn)，因此該方法更適用于獲得包含損傷信息的曲率模態(tài)。

經(jīng)文獻(xiàn)調(diào)研，當(dāng)前應(yīng)用曲率模態(tài)檢測(cè)損傷的研究大多基于數(shù)值模擬算例進(jìn)行分析，大部分學(xué)者都采用單元?jiǎng)偠日蹨p的方式模擬損傷。少數(shù)學(xué)者采用降低單元高度的方式改變抗彎慣性矩，進(jìn)而降低抗彎剛度。數(shù)值模擬的損傷都是以整個(gè)單元的長(zhǎng)度作為損傷的最小尺度，這樣損傷的范圍比較大，計(jì)算所得損傷位置的曲率突變也較為明顯。少數(shù)學(xué)者給出了試驗(yàn)驗(yàn)證的例子，但是普遍采用加速度傳感器采集數(shù)據(jù)，得到曲率模態(tài)。雖然近景攝影測(cè)量法可以獲得結(jié)構(gòu)的動(dòng)位移，但是采用近景攝影測(cè)量法獲取曲率模態(tài)的研究案例較少，對(duì)于該方法的檢測(cè)精度、適用性等方面仍然存在很多問(wèn)題要解決。

本研究基于近景攝影測(cè)量法獲取梁橋多點(diǎn)動(dòng)位移，給出2種提取動(dòng)位移的數(shù)字圖像處理方法。采用FFT變換由動(dòng)位移時(shí)程曲線確定振型。根據(jù)主頻和振型模態(tài)，由中心差分法計(jì)算豎向曲率模態(tài)。根據(jù)突變判斷損傷位置，簡(jiǎn)支梁在不同測(cè)點(diǎn)間距曲率模態(tài)的計(jì)算結(jié)果表明，加密的測(cè)點(diǎn)間距更易于體現(xiàn)損傷位置的曲率突變，從而證明近景攝影測(cè)量法更適合作為以曲率模態(tài)檢測(cè)損傷的技術(shù)手段。

1 基于攝影測(cè)量獲取梁橋豎向曲率模態(tài)

1.1 基于攝影測(cè)量提取多點(diǎn)動(dòng)位移

基于攝影測(cè)量的結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測(cè)對(duì)相機(jī)拍攝的被測(cè)結(jié)構(gòu)視頻做目標(biāo)追蹤處理，得到測(cè)點(diǎn)在圖像中的運(yùn)動(dòng)軌跡，再通過(guò)相機(jī)標(biāo)定從圖像坐標(biāo)系換算到實(shí)際坐標(biāo)系，得到測(cè)點(diǎn)的動(dòng)位移。這種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括相機(jī)、鏡頭、計(jì)算機(jī)及處理軟件、標(biāo)志物。在不具備紋理特征的被測(cè)表面，需要簡(jiǎn)單布設(shè)標(biāo)志物才能識(shí)別。

1.1.1 基于特征識(shí)別獲取多點(diǎn)動(dòng)位移

根據(jù)被測(cè)物表面存在的特征選擇相應(yīng)的識(shí)別方法，包括灰度特征、顏色特征、梯度特征、形狀特征和圖像卷積特征等等。常用的特征點(diǎn)描述算子包括Harris角點(diǎn)、SIFT算子、SURF算子等。其中基于形狀特征的識(shí)別方法較為簡(jiǎn)單，易于理解。形狀特征包括圓形、正方形、十字交叉等。下面以圓形特征識(shí)別為例介紹獲取多點(diǎn)動(dòng)位移的方法。

比較經(jīng)典的在圖像中尋找圓形的方法是基于圓形Hough變換(CHT)的算法。該方法抗干擾能力強(qiáng)，在噪聲、遮擋和光照變化條件下表現(xiàn)相對(duì)穩(wěn)健。

CHT算法從邊緣像素收集用于表示累加器的貢獻(xiàn)或選票，該累加器描述了代表圓心的參數(shù)空間(Hough空間)，然后通過(guò)找到參數(shù)空間的局部最大值來(lái)提取圓。CHT方法有3個(gè)基本步驟：(1)累加器數(shù)組計(jì)算。高梯度的前景像素作為候選像素，將候選像素在背景像素構(gòu)成的固定半徑圓的模式中投票。(2)中心估計(jì)。屬于同一個(gè)圖像圓的各候選像素的投票趨于在對(duì)應(yīng)于該圓中心的累加器數(shù)組中累加，可通過(guò)檢測(cè)累加器數(shù)組中的峰值來(lái)估計(jì)圓心。(3)半徑估計(jì)。如果同一累加器數(shù)組用于多個(gè)半徑值，則必須以單獨(dú)的步驟來(lái)估計(jì)檢測(cè)到的圓的半徑。圖1給出了基于CHT算法識(shí)別圓形標(biāo)識(shí)及其圓心的示例，通過(guò)追蹤視頻中的圓心坐標(biāo)就可以得到測(cè)點(diǎn)的動(dòng)位移。

圖1 基于CHT算法識(shí)別圓形標(biāo)識(shí)及其圓心Fig.1 Recognition of circular signs and their centers based on CHT algorithm

1.1.2 基于圖像相關(guān)法獲取多點(diǎn)動(dòng)位移

數(shù)字圖像相關(guān)法(Digital Image Correlation DIC)是將目標(biāo)區(qū)域變形前后的2幅數(shù)字圖像，通過(guò)相關(guān)計(jì)算獲取感興趣區(qū)域的變形信息。主要流程是：(1)在初始圖像中選取追蹤目標(biāo)的圖像子集(通常稱為感興趣區(qū)ROI)，即模板。(2)針對(duì)模板對(duì)后續(xù)的圖像序列做相關(guān)性計(jì)算，相關(guān)性系數(shù)最大的區(qū)域即為模板變形后的位置。(3)整像素位移計(jì)算后，通過(guò)插值計(jì)算得到亞像素位移。

在DIC中比較常用的相關(guān)準(zhǔn)則為：歸一化互相關(guān)函數(shù)Ccc、歸一化平方和函數(shù)CLS。文獻(xiàn)[15-17]指出Ccc受光照影響小，單峰性最好且抗干擾能力最強(qiáng)。本研究選擇采用歸一化互相關(guān)函數(shù)Ccc計(jì)算參考子區(qū)灰度值與目標(biāo)子區(qū)灰度值的相關(guān)性。

(1)

(2)

(3)

經(jīng)由整像素搜索算法按照既定的搜索路徑，逐個(gè)篩選得到相關(guān)系數(shù)極大值所對(duì)應(yīng)的待測(cè)點(diǎn)，作為參考圖像的指定點(diǎn)在變形后的整像素匹配點(diǎn)，進(jìn)而得到在整像素的位移。為了得到更高的測(cè)量精度，需要進(jìn)一步優(yōu)化搜索，對(duì)圖像進(jìn)行像素插值采樣，再進(jìn)行圖像相關(guān)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)亞像素精度的位移求解。

本研究采用了圓形黑白相間的標(biāo)識(shí)牌，通過(guò)DIC法追蹤標(biāo)識(shí)牌區(qū)域在變形過(guò)程中的豎向位移，得到結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點(diǎn)的豎向動(dòng)位移時(shí)程數(shù)據(jù)。

1.2 曲率模態(tài)檢測(cè)損傷的基本理論

1.2.1 位移模態(tài)的獲取

獲取位移模態(tài)需要求解2個(gè)參數(shù)：主頻和振幅。根據(jù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)理論[18]可知，將位移時(shí)程曲線做時(shí)頻轉(zhuǎn)換可得到結(jié)構(gòu)的各階主頻，各點(diǎn)在主頻處的幅值連線即為位移振型。利用DIC法得到視頻圖像序列中各測(cè)點(diǎn)的位移時(shí)程，再通過(guò)傅里葉變換FFT得到各測(cè)點(diǎn)的頻域特征，從而獲得被測(cè)結(jié)構(gòu)的位移模態(tài)。

1.2.2 曲率模態(tài)

從理論上來(lái)說(shuō)，曲率模態(tài)為位移模態(tài)的二階導(dǎo)數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中無(wú)法直接獲得，可通過(guò)中心差分法近似計(jì)算結(jié)構(gòu)振型的模態(tài)曲率，第r階振型在節(jié)點(diǎn)i處的模態(tài)曲率為：

(4)

1.2.3 曲率模態(tài)與損傷

由結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)原理[19]，梁彎曲變形可以表達(dá)為：

(5)

根據(jù)式(5)可知，結(jié)構(gòu)的曲率函數(shù)與曲率模態(tài)呈正比，如等截面結(jié)構(gòu)未損傷，曲率模態(tài)是圓滑曲線。曲率與抗彎剛度成反比，當(dāng)局部位置出現(xiàn)損傷時(shí)，結(jié)構(gòu)抗彎剛度隨之下降，損傷位置的曲率將變大，曲率模態(tài)將出現(xiàn)明顯變化，損傷位置出現(xiàn)的峰值突變導(dǎo)致的曲率模態(tài)曲線不再是圓滑的。曲率模態(tài)曲線突變的出現(xiàn)位置和突變程度，反映了結(jié)構(gòu)的損傷位置和損傷程度，基于以上原理可對(duì)橋梁損傷識(shí)別進(jìn)行定位和定量分析。

1.2.3 曲率模態(tài)的損傷表征指標(biāo)

張晉等[20]指出曲率模態(tài)法對(duì)模態(tài)振型節(jié)點(diǎn)位置的損傷不敏感。對(duì)于存在多處損傷的結(jié)構(gòu)，該法不能有效反映結(jié)構(gòu)的損傷程度。為此，學(xué)者們開(kāi)展了一系列研究[21-23]，基于曲率模態(tài)做進(jìn)一步運(yùn)算，給出了不同的曲率模態(tài)損傷表征指標(biāo)。

(1)曲率模態(tài)差(MDC)[24]

曲率模態(tài)差又稱為模態(tài)撓度曲率差，第r階振型在節(jié)點(diǎn)i處的模態(tài)曲率差可以表示為：

(6)

文獻(xiàn)[25]指出使用曲率模態(tài)差值能很好地識(shí)別出損傷單元的位置，但不能準(zhǔn)確地識(shí)別出單元損傷程度。文獻(xiàn)[26]指出在局部損傷與相對(duì)較小損傷情況下，曲率模態(tài)差對(duì)損傷位置并不敏感。

(2)曲率模態(tài)變化率(CMCR)

對(duì)于實(shí)際結(jié)構(gòu)而言，很多時(shí)候是沒(méi)有損傷前對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)可以用來(lái)對(duì)比的。針對(duì)損傷后的位移模態(tài)計(jì)算曲率模態(tài)的指標(biāo)有：曲率模態(tài)變化率、損傷判別因子、即刻曲率模態(tài)損傷因子、改進(jìn)的損傷識(shí)別參數(shù)等等。本研究選取了曲率模態(tài)變化率(CMCR)作為代表。

曲率模態(tài)變化率是曲率模態(tài)的一階導(dǎo)數(shù)。

(7)

文獻(xiàn)[27]指出采用曲率模態(tài)變化率參數(shù)進(jìn)行損傷識(shí)別時(shí)，綜合奇、偶數(shù)階在曲線形狀上的表現(xiàn)差異可以排除支座干擾，判斷真實(shí)損傷。曲率變化率參數(shù)在進(jìn)行多處損傷識(shí)別時(shí)，損傷定位能力較強(qiáng)。

2 簡(jiǎn)支梁的固有頻率計(jì)算

根據(jù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)原理可知，簡(jiǎn)支梁的固有頻率為：

(8)

(9)

A=bh，

(10)

式中，i為模態(tài)階數(shù)；l為簡(jiǎn)支梁跨度；E為彈性模量；ρ為材料密度；A為截面面積；I為慣性矩；b為截面寬度；h為截面高度。

式(8)～(10)可簡(jiǎn)化為：

(11)

本研究選取的等截面簡(jiǎn)支梁幾何參數(shù)為：長(zhǎng)106.3 cm，寬度5 cm，厚度4 mm，彈性模量3 200 MPa，密度1.05 g/cm3，泊松比0.32。

單位統(tǒng)一到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)單位，整理如下：

L=1.063 m，b=0.05 m，h=0.004 m，E=3.2×109N/m2，密度=1 050 kg/m3，按照公式計(jì)算前3階主頻為：5.624，22.496，50.616 Hz,為試驗(yàn)梁確定主頻提供參考依據(jù)。

3 簡(jiǎn)支梁曲率模態(tài)試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)概況

選取簡(jiǎn)支PVC梁作為研究對(duì)象，長(zhǎng)、寬、高分別為1.06，0.05，0.004 m，兩端用支架支撐模擬簡(jiǎn)支梁。由于PVC梁近乎透明無(wú)色，在側(cè)面粘貼標(biāo)識(shí)牌(標(biāo)識(shí)牌的間距為2.5 cm)，在兩端分別保留3 cm 用于固定試件，在中間100 cm范圍內(nèi)粘貼了39個(gè)標(biāo)識(shí)牌，這39個(gè)測(cè)點(diǎn)的編號(hào)即為原始測(cè)點(diǎn)編號(hào)。PVC簡(jiǎn)支梁裝置如圖2所示。采用4 096×3 000像素的攝像機(jī)進(jìn)行拍攝，鏡頭焦距為8.5 mm。

圖2 PVC梁Fig.2 PVC beam

試驗(yàn)選用了2款同型PVC梁，一片梁作為無(wú)損梁測(cè)試，一片梁在跨中加工了1條橫向裂縫。裂縫寬度為1 mm，深度為1 mm。在跨中施加豎向初始位移使PVC梁自由振動(dòng)，采用相機(jī)采集振動(dòng)視頻。由于不同采樣時(shí)間的光線差異，無(wú)損梁的采樣頻率為98 Hz，有損梁的采樣頻率為65 Hz。

3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

為了對(duì)比測(cè)點(diǎn)間距對(duì)曲率模態(tài)法檢測(cè)損傷的影響，在損傷尺度不變的情況下，按照不同測(cè)點(diǎn)間距提取測(cè)點(diǎn)動(dòng)位移數(shù)據(jù)，求解振型和曲率，觀察曲率模態(tài)曲線的突變情況。分3次提取測(cè)點(diǎn)振動(dòng)數(shù)據(jù)，首次采用10 cm間隔選擇測(cè)點(diǎn)，第2次按5 cm間隔選擇測(cè)點(diǎn)，第3次以2.5 cm間隔選擇測(cè)點(diǎn)。由DIC法處理視頻數(shù)據(jù)，獲得多點(diǎn)動(dòng)位移時(shí)程曲線，經(jīng)傅里葉變換得到頻域數(shù)據(jù)，從中可以看出一階主頻很明顯(6.4 Hz)，與計(jì)算主頻接近，說(shuō)明試驗(yàn)裝置符合簡(jiǎn)支梁的設(shè)定。對(duì)位移模態(tài)二次中心差分獲得曲率模態(tài)。

無(wú)損梁的振動(dòng)數(shù)據(jù)處理結(jié)果如圖3、圖4所示。其中，圖3為靠近支座的邊點(diǎn)、跨中測(cè)點(diǎn)的位移時(shí)程曲線，圖4為測(cè)點(diǎn)間隔為10 cm時(shí)的一階振型圖，測(cè)點(diǎn)間距加密后的無(wú)損梁的振型和曲率圖都顯示在后面和有損梁數(shù)據(jù)的對(duì)比圖中，此處從略。

圖3 無(wú)損梁邊點(diǎn)、中點(diǎn)位移時(shí)程曲線Fig.3 Displacement time history curve of edge point and middle point of lossless beam

圖4 無(wú)損梁的一階振型圖(測(cè)點(diǎn)間距10 cm)Fig.4 First mode shape of lossless beam(spacing of measuring points: 10 cm)

圖5 有損梁的一階振型Fig.5 First mode shape of damaged beam

圖6 一階曲率對(duì)比Fig.6 Comparison of first mode curvatures

有損梁測(cè)點(diǎn)間距為10,5,2.5 cm的一階振型如圖5(a)～(c)所示,有損/無(wú)損梁對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)間距的一階曲率模態(tài)對(duì)比如圖6(a)～(c)所示。從圖5、圖6可見(jiàn),在測(cè)點(diǎn)間距為10 cm和5 cm的情況下，完全看不出損傷引起的振型變化。在測(cè)點(diǎn)間距為2.5 cm的情況下，振型在跨中位置存在小幅突變。在測(cè)點(diǎn)間距為10 cm的情況下，很難根據(jù)一階曲率判斷損傷位置。在測(cè)點(diǎn)間距為5 cm的情況下，通過(guò)有損、無(wú)損曲率形成比對(duì)，可以檢測(cè)損傷位置。在測(cè)點(diǎn)間距為2.5 cm的情況下，有損梁的跨中位置的曲率突變十分明顯。 單獨(dú)看損傷梁的一階曲率，支座附近的曲率存在突變，容易干擾對(duì)損傷位置的判斷，但是與無(wú)損梁的曲率對(duì)比可以看到，無(wú)損梁在支座附近同樣存在曲率突變，二者對(duì)比之下，跨中的損傷突變就更加明顯。對(duì)比曲率模態(tài)和振型圖可見(jiàn)，對(duì)損傷檢測(cè)而言，曲率比振型更敏感。

3.3 擴(kuò)展分析

通過(guò)上一節(jié)的分析可以看到，測(cè)點(diǎn)間距為2.5 cm和5 cm時(shí)，通過(guò)有損、無(wú)損的對(duì)比，可以檢測(cè)損傷位置；當(dāng)測(cè)點(diǎn)間距為10 cm時(shí)，不易判斷損傷位置。為了驗(yàn)證曲率模態(tài)差、曲率模態(tài)變化率對(duì)曲率突變的放大效應(yīng)，采用式(6)、式(7)計(jì)算測(cè)點(diǎn)間距為10,5,2.5 cm的曲率模態(tài)差、曲率模態(tài)變化率，如圖7、圖8所示。

圖7 曲率模態(tài)差Fig.7 Curvature mode difference

圖8 曲率變化率Fig.8 Curvature mode change rates

從圖7、圖8可見(jiàn),測(cè)點(diǎn)間距為10 cm的曲率模態(tài)差、曲率變化率都不能檢測(cè)損傷。測(cè)點(diǎn)間距為5 cm的曲率模態(tài)差檢測(cè)損傷效果不明顯。同等間距下的曲率模態(tài)變化率的結(jié)果可以檢測(cè)損傷，有損、無(wú)損曲率模態(tài)變化率對(duì)比檢測(cè)損傷效果更好。測(cè)點(diǎn)間距為2.5 cm的曲率模態(tài)差、曲率模態(tài)變化率檢測(cè)損傷效果都很明顯。

4 結(jié)論

通過(guò)簡(jiǎn)支梁試驗(yàn)案例展示了圖像相關(guān)法處理視頻數(shù)據(jù)檢測(cè)損傷位置的處理過(guò)程，在損傷程度不變的情況下，分析了不同測(cè)點(diǎn)間距的振型、曲率模態(tài)；計(jì)算了曲率模態(tài)差、曲率變化率對(duì)曲率突變的放大效應(yīng)。結(jié)論如下：(1)結(jié)構(gòu)的曲率模態(tài)在支座附近會(huì)有小幅突變，即使無(wú)損的簡(jiǎn)支梁一階曲率模態(tài)也不是光滑的。(2)測(cè)點(diǎn)間距比較密的情況，損傷位置的曲率突變很大，可以檢測(cè)損傷位置，但是單純分析損傷后的曲率模態(tài)容易受到其他突變的干擾。(3)對(duì)比有損、無(wú)損2種狀態(tài)，易于判斷損傷位置，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可以將不同狀態(tài)的檢測(cè)結(jié)果對(duì)比分析，判讀損傷的變化情況。(4)曲率模態(tài)差、曲率模態(tài)變化率對(duì)損傷突變有一定的放大效應(yīng)，但是當(dāng)測(cè)點(diǎn)間距過(guò)大，這2個(gè)指標(biāo)也不能檢測(cè)損傷引起的突變。由此建議：對(duì)于實(shí)橋的損傷檢測(cè)，采用攝影測(cè)量法獲得密集的測(cè)點(diǎn)動(dòng)位移數(shù)據(jù)有助于通過(guò)曲率模態(tài)突變檢測(cè)損傷位置。即使沒(méi)有結(jié)構(gòu)完好狀態(tài)的曲率模態(tài)，也可定期檢測(cè)曲率模態(tài)，通過(guò)對(duì)比檢測(cè)損傷的變化量。