波浪激励下高桩码头动力灾变机制与测试优化方法研究

It’s very important to execute overall safety evaluation studies for the High-Piled Wharves in service, as many of those built in earlier years are degrading gradually in our country. The study on dynamic cataclysm of High-Piled Wharf under wave excitation is more simple and rapid, for it does not need any exciting equipment，the present study aims to reveal the rules between structure damage and dynamic performance for High-Piled Wharf and to obtain the dynamic fingerprints which sensitively responding structural damage by study on the mechanism for dynamic performance and the dynamic cataclysm of High-Piled Wharf under wave excitation though physical modeling experiments and numerical analysis based on the theory of structure vibration, vibration testing technology and data processing. The optimal layout for the sensors is discussed according to the coordination for valid measuring points selected by structure characteristics and test requirements of High-Piled Wharf. And then, scientific basis is provided for overall safety evaluation on the High-Piled Wharf structure via sensitive characteristic parameters on damage state extracted from analysis of vibration signal.

我国很多较早建成的高桩码头已逐渐进入劣化阶段，因此对现役高桩码头进行安全评估研究具有重要的意义。本项目利用波浪激励简单易行、不需要任何激振设备的优点，围绕高桩码头动力损伤，综合运用结构振动理论、振动测试技术和数据处理技术，通过数值模拟分析与物理模型实验相结合的手段研究波浪激励下高桩码头动力灾变过程及动力性能变化，揭示高桩码头结构损伤与动力性能之间的规律，获取能够敏感反映结构损伤的动力指纹；根据高桩码头的结构特点和试验要求选定有效测量点，研究传感器的优化布置方法；通过振动信号的分析提取敏感反映损伤状态的特征参数，为高桩码头结构安全评估提供科学依据。

我国很多建成较早的高桩码头已逐渐迈向劣化阶段，因此对现役高桩码头进行整体安全评估研究具有重要的意义。基于动力指纹变化对结构进行损伤检测作为整体结构安全评估方法已逐渐成为国际研究热点。本项目调查了东南沿海的高桩码头损伤现状，并对码头常见损伤进行了总结分析；基于双目立体视觉原理及三维数字图像相关技术搭建非接触全场应变量测系统，将数字图像相关方法技术引入高桩码头结构动力损伤识别；通过数值模拟与模型试验相结合的方法，研究了高桩码头损伤过程中的动力损伤机制，分析了既有动力指纹对高桩码头桩基损伤识别的适用性，发现测试噪声和试验误差是导致错判和误判的原因；提出了基于多维动力指纹向量空间的损伤识别方法，构建多维动力指纹向量，运用最小协方差行列式的Mahalanobis距离进行损伤识别，实现了损伤识别的自动化；针对波浪激励下的高桩码头桩基动力响应的窄带特性，采用时域统计方法分析信号特征，以高敏感统计高阶矩识别波浪力作用下的桩基动力响应信号的变化，提出基于高阶矩—均值漂移模型高桩码头损伤自动识别方法。项目研究成果开展了实际工程应用，结果表明本项目提出的损伤识别方法可准确识别高桩码头损伤。本项目构建的基于动力测试的高桩码头损伤识别方法克服了传统方法的不足，同时效率更高，准确性更好，随着该方法的推广，将会极大提高高桩码头结构损伤诊断效率，节约检测和后期维护成本，为码头的检测、维护带来巨大的经济社会效益。