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第1章 概述1

1.1 结构维护管理的必要性1

1.1.1 桥梁结构维护管理压力大1

1.1.2 结构维护管理费用不足3

1.2 结构维护管理的概念与手段5

1.2.1 资产管理与全寿命周期成本5

1.2.2 长期性能与预防性维护7

1.2.3 桥梁管理系统9

1.3 各国性能评估规范现状及发展趋势10

1.3.1 桥梁评估规范10

1.3.2 桥梁一般检查12

1.3.3 技术状况评定13

1.3.4 承载能力评定18

1.4 桥梁检测技术24

1.4.1 目视检查与无损检测25

1.4.2 桥梁无损检测技术26

1.5 自动化检测技术及发展趋势27

1.5.1 隧道自动化检测技术27

1.5.2 道路自动化检测技术29

1.5.3 铁轨自动化检测技术31

1.5.4 桥梁自动化检测技术32

1.6 结构健康监测技术及发展趋势35

1.6.1 结构健康监测概述35

1.6.2 结构健康监测研究现状36

1.6.3 结构健康监测技术融入结构性能评估规范的趋势45

1.7 桥梁测试与性能评定的智能化、自动化与信息化趋势47

1.7.1 智能化、自动化与信息化趋势47

1.7.2 桥梁快速测试与评估49

第2章 桥梁快速测试与评估总体思路53

2.1 冲击振动与桥梁快速评估53

2.2 冲击振动的理论优势56

2.2.1 结构位移频响函数计算方法58

2.2.2 位移频响函数幅值的缩放关系60

2.3 冲击振动的理论框架61

2.4 冲击荷载产生装置开发62

2.4.1 落锤激振装置开发63

2.4.2 移动冲击装置64

2.5 桥梁响应监测设备开发67

2.5.1 自动化加速度计安装67

2.5.2 光纤传感测应变技术70

2.5.3 非接触式位移测量71

2.6 桥梁快速测试系统的软硬件一体化73

第3章 振动测试与结构识别基本理论77

3.1 常用的数学变换方法77

3.1.1 拉普拉斯变换77

3.1.2 傅里叶变换78

3.1.3 小波变换83

3.1.4 希尔伯特-黄变换86

3.2 单自由度结构动力分析与参数识别88

3.2.1 单位脉冲响应函数与杜哈曼积分90

3.2.2 单自由度结构的传递函数和频响函数93

3.2.3 单自由度结构参数识别基本原理96

3.3 多自由度结构动力分析101

3.3.1 结构特性矩阵101

3.3.2 无阻尼自由振动106

3.3.3 结构动力响应计算108

3.4 多自由度结构模态分析111

3.4.1 多自由度结构的位移频响函数111

3.4.2 实模态系统频响函数计算112

3.4.3 复模态系统频响函数计算113

3.4.4 单位脉冲响应函数和频响函数的关系118

3.4.5 方法示例与验证119

3.5 无限自由度结构模态分析124

3.6 冲击振动下的频响函数估计128

3.6.1 单点输入作用下的频响函数估计129

3.6.2 多点输入作用下的频响函数估计131

3.6.3 相干函数134

3.6.4 模态保证准则135

3.7 场地频谱分析135

3.8 模态参数识别算法140

3.8.1 频域识别法140

3.8.2 时域识别法142

3.8.3 时频域识别法和非线性识别法144

第4章 基于加速度测量的冲击振动数据处理与结构识别理论146

4.1 冲击振动快速测试思路与位移柔度概念146

4.2 位移柔度和位移频响函数的关系148

4.2.1 位移柔度识别公式148

4.2.2 单参考点频响函数的振型和留数识别151

4.2.3 多参考点频响函数的振型和留数识别154

4.2.4 频响函数的参数化模型155

4.3 质量已知时位移柔度识别157

4.4 质量未知结构的位移柔度识别——PolyMAX方法160

4.4.1 频响函数的误差函数162

4.4.2 缩减正则方程164

4.4.3 基本模态参数识别165

4.4.4 稳定图166

4.4.5 窄带内的位移柔度识别168

4.4.6 方法示例与验证170

4.5 质量未知结构的位移柔度识别——CMIF方法174

4.5.1 奇异值分解和位移振型识别175

4.5.2 增强频响函数177

4.5.3 固有频率、阻尼比和模态缩放系数识别180

4.5.4 位移柔度识别182

4.5.5 方法示例与验证182

4.6 质量未知结构的位移柔度识别——SSI方法188

4.6.1 结构状态空间方程189

4.6.2 子空间识别技术191

4.6.3 模态参数识别195

4.6.4 简支梁桥验证199

第5章 基于分块冲击振动的位移柔度识别理论205

5.1 分块冲击振动的工程意义205

5.2 分块冲击振动测试的子结构融合理论和实施流程207

5.2.1 子结构融合理论208

5.2.2 实施流程212

5.3 基于边界点测量的多参考点分块测试方法215

5.3.1 基于参考点振型的连续性判别振型方向215

5.3.2 方法示例与验证217

5.4 基于相位角概念的单参考点分块测试方法221

5.4.1 基于单参考点和驱动点间的频响函数的相位曲线判别振型方向221

5.4.2 方法示例与验证224

5.4.3 IBS桥验证228

5.5 基于最小势能原理的无参考点分块测试方法234

5.5.1 最小势能原理和振型正交性联合判别法234

5.5.2 钢桁架模型验证239

第6章 基于结构区域分布应变测量的冲击振动数据处理与结构识别理论244

6.1 基于冲击振动和区域分布传感的桥梁测试方法244

6.1.1 结构区域分布传感概念与技术244

6.1.2 基于区域分布应变测量的冲击振动测试248

6.2 应变模态理论248

6.2.1 点式应变模态理论249

6.2.2 长标距应变模态理论250

6.2.3 应变频响函数的特征252

6.2.4 应变频响函数和应变柔度矩阵的关系254

6.3 质量已知结构的应变柔度识别255

6.3.1 位移振型和应变振型的质量归一化256

6.3.2 方法示例与验证257

6.4 基于改进的PolyMAX法的应变柔度识别258

6.4.1 系统极点、位移模态参与系数和应变振型识别259

6.4.2 模态缩放系数和应变柔度识别260

6.4.3 方法示例与验证260

6.5 基于改进的CMIF法的应变柔度识别265

6.5.1 应变频响函数的奇异值分解和应变振型识别265

6.5.2 增强频响函数计算和基本模态参数识别266

6.5.3 应变柔度和位移柔度的同时识别266

6.5.4 兴隆大桥验证268

6.6 基于改进的SSI法的应变柔度识别275

6.6.1 子空间方法基本方程改进275

6.6.2 模态参数识别及应变柔度识别276

6.6.3 三跨连续梁桥验证277

6.7 结构损伤识别282

6.7.1 损伤识别指标概述282

6.7.2 IBS桥研究284

第7章 基于移动冲击的桥梁快速测试与识别291

7.1 基于移动冲击的桥梁快速测试方法与思路291

7.2 基于微波干涉雷达的桥梁结构响应测量292

7.2.1 微波干涉雷达系统组成与工作原理292

7.2.2 消除雷达基点运动的微波干涉雷达桥梁微动快速测试方法296

7.2.3 方法示例与验证298

7.3 基于智能轮胎技术的竖向车轮力测量300

7.4 基于移动冲击的桥梁快速测试理论302

7.4.1 车桥耦合振动理论302

7.4.2 等效节点荷载分配理论304

7.4.3 实施过程306

7.6 方法示例与验证307

7.5.1 简支梁结构移动冲击快速测试307

7.5.2 简支梁桥数值模拟移动冲击实例310

7.5.3 移动荷载试验影响因素分析315

第8章 工程应用技巧与实例317

8.1 冲击振动测试实战技巧317

8.1.1 传感器选择和振动测试方案317

8.1.2 传感器安装和现场测试322

8.1.3 振动信号处理324

8.2 工程实例一：某预应力混凝土连续箱形梁桥的冲击振动测试327

8.2.1 桥梁概况及传感器布置图327

8.2.2 静载测试328

8.2.3 冲击振动测试330

8.2.4 柔度识别结果331

8.3 工程实例二：某三跨简支钢梁桥的分块冲击振动测试336

8.3.1 实桥概况336

8.3.2 冲击振动测试336

8.3.3 数据处理337

8.3.4 结构柔度集成和挠度预测343

8.3.5 不同分块方案结果对比344

8.4 工程实例三：基于计算机视觉的某步行桥冲击振动测试348

8.4.1 人致冲击荷载测量及结构识别方法348

8.4.2 实验室简支梁实验验证352

8.4.3 步行桥现场测试356

8.5 讨论与展望360

参考文献364

英汉名词对照表378