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