張曉艷，汪富資，于 輝，吳 杰，唐 亮

(重慶交通大學(xué) 土木與工程學(xué)院，重慶 400074)

0 引 言

伴隨著外部雨雪霜等環(huán)境侵蝕、橋梁結(jié)構(gòu)自身材料老化及超載等不利因素的影響，橋梁主體結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生不同程度的損傷，剛度不斷退化，最終導(dǎo)致突發(fā)性垮塌災(zāi)難。橋梁的坍塌事故具有突發(fā)性，嚴(yán)重威脅到人身和財(cái)產(chǎn)安全，故對(duì)橋梁進(jìn)行經(jīng)常性檢查是非常有必要的。橋梁需要通過經(jīng)常性安全檢查，以發(fā)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)損傷等問題，從而進(jìn)行準(zhǔn)確有效的維護(hù)，防止橋梁服務(wù)壽命低于計(jì)劃期限。

在橋梁經(jīng)常性檢查中，實(shí)施方式普遍是通過人工進(jìn)行橋面目視安全巡檢。由于檢測(cè)維護(hù)人員經(jīng)驗(yàn)、數(shù)量的差異，其檢測(cè)質(zhì)量參差不齊。同時(shí)，人工檢測(cè)不僅影響路面交通，而且其時(shí)效性也并不理想，更缺少量化依據(jù)對(duì)橋梁進(jìn)行評(píng)估，往往需要從業(yè)人員以經(jīng)驗(yàn)判斷，也造成了橋梁檢測(cè)結(jié)果的實(shí)際有效性低下。

針對(duì)量大面廣區(qū)域范圍內(nèi)的橋梁，快速精確地進(jìn)行變形檢測(cè)，需要更有效準(zhǔn)確的檢測(cè)手段。地面三維激光掃描技術(shù)因具有常規(guī)測(cè)量手段不具備的自動(dòng)化、進(jìn)度高、非接觸和測(cè)距遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)采用新的數(shù)據(jù)獲取模式快速獲取結(jié)構(gòu)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析處理后，能快速得到結(jié)構(gòu)幾何信息，因此基于三維激光掃描技術(shù)的非接觸式自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)可作為新的研究方向，解決現(xiàn)有橋梁檢測(cè)難、精度差的問題[1]。

國(guó)內(nèi)外對(duì)三維激光掃描的應(yīng)用已非常廣泛，在橋梁安全監(jiān)測(cè)中的研究也是各出新意。徐健等[2]采用高速激光三維掃描和紅外視覺成像法對(duì)老舊橋梁破損程度進(jìn)行評(píng)估，仿真結(jié)果顯示該方法對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)損傷點(diǎn)位置識(shí)別精度高，可靠性能較好，特別是針對(duì)20年以上的舊橋而言。王勛[3]利用徠卡Nova MS50三維激光掃描儀采集了橋面點(diǎn)云數(shù)據(jù)，識(shí)別出處于橋面平掃工況下3mm以上的橋面豎向撓度，該精度可用于柔性橋梁撓度觀測(cè)及大跨徑橋梁撓度觀測(cè)。CHEN Xuexia等[4]利用車載激光掃描(VBLS)，并基于VBLS點(diǎn)的超高架橋主體特征提取與三維模型重建策略，建立起橋體三維曲面模型，證明了建橋模型的有效性和準(zhǔn)確性。TANG Pingbo等[5]利用激光掃描點(diǎn)云中提取的測(cè)量目標(biāo)，提出了一個(gè)用于構(gòu)建和執(zhí)行工作流程和機(jī)制的計(jì)算框架，使用3個(gè)度量工作流績(jī)效定義了測(cè)量抽樣窮舉、測(cè)量目標(biāo)結(jié)果的可靠性和時(shí)間效率。

在橋梁識(shí)別方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者也應(yīng)用各種方法對(duì)橋梁損傷情況進(jìn)行評(píng)估。E.O’BRIEN等[6]研究了橋梁許多點(diǎn)基于偏轉(zhuǎn)響應(yīng)的損傷指標(biāo)使用，當(dāng)車輛穿過橋時(shí)，記錄軸正下方偏轉(zhuǎn)，創(chuàng)建移動(dòng)參考偏轉(zhuǎn)響應(yīng)，然后可使用一批類似車輛的平均移動(dòng)參考響應(yīng)來產(chǎn)生損傷指標(biāo)。?.E.AVSAR等[7]探究了激光跟蹤技術(shù)在橋梁非接觸變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，監(jiān)測(cè)靜態(tài)和溫度負(fù)載下的橋梁變形。劉宇飛等[8]基于缺口平滑擬合技術(shù)研究了梁式橋梁在移動(dòng)荷載工況下的損傷位置識(shí)別，利用整段橋上平均曲率模態(tài)變化值尋找橋梁損傷位置及程度，該方法為橋梁結(jié)構(gòu)損傷位置識(shí)別提供了一種新的研究方向。

以上學(xué)者分別從撓度識(shí)別、變形檢測(cè)、曲率模態(tài)方面進(jìn)行橋梁識(shí)別。相較于已有較多研究的模態(tài)曲率這一動(dòng)態(tài)方法來進(jìn)行識(shí)別損傷[9-10]，筆者采用一種利用撓度曲線二階微分得到曲率的靜態(tài)識(shí)別方法。由于測(cè)量技術(shù)發(fā)展，特別是三維激光掃描和傾斜攝影三維建模方法的日益成熟，能在模型橋梁和實(shí)際橋梁上都可應(yīng)用該技術(shù)精確找到橋面曲率變化值。筆者的研究重點(diǎn)為考察結(jié)構(gòu)剛度減退(開裂)與橋面曲率的映射關(guān)系。為探尋基于橋面曲率變化的橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別，采用三維激光掃描獲取橋面變形點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過分析橋面線曲率、面曲率變化來分析橋梁結(jié)構(gòu)損傷情況。

筆者利用不同等級(jí)荷載損傷工況實(shí)現(xiàn)對(duì)T型有機(jī)玻璃模型梁橋的分析；同時(shí)基于三維激光掃描獲取不同工況下的橋面幾何點(diǎn)云數(shù)據(jù)，對(duì)比分析了在不同荷載作用下有機(jī)玻璃模型橋的撓度云圖，依據(jù)實(shí)測(cè)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行損傷識(shí)別驗(yàn)證；然后對(duì)比3種代表工況下的橋面高斯曲率云圖，基于橋面曲率在不同工況下的變化規(guī)律，為探索基于橋面曲率突變損傷識(shí)別方法在橋面變形監(jiān)測(cè)應(yīng)用提供參考。

1 有機(jī)玻璃模型橋面多級(jí)加載試驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

筆者探究了基于三維點(diǎn)云幾何數(shù)據(jù)的橋面形態(tài)特征識(shí)別方法可行性；確定由結(jié)構(gòu)損傷所引起的橋面撓度突變能否通過點(diǎn)云數(shù)據(jù)體現(xiàn)。通過設(shè)計(jì)一座簡(jiǎn)支梁T型有機(jī)玻璃模型橋，設(shè)置了多種不同等級(jí)荷載工況，并在邊梁的跨中部位設(shè)置一條裂縫作為結(jié)構(gòu)損傷。模型橋設(shè)置如圖1。

圖1 有機(jī)玻璃橋Fig. 1 Plexiglass bridge

1.2 模型橋設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)

試驗(yàn)中設(shè)計(jì)模型橋?yàn)槭芰γ鞔_的簡(jiǎn)支T型梁橋，同時(shí)為使橋面撓度變形及結(jié)構(gòu)損傷更為明顯，該橋設(shè)計(jì)長(zhǎng)寬比為B/L=0.5；其中橋長(zhǎng)為1 600 mm，橋?qū)挒?00 mm。為使橋面變形顯著同時(shí)減少橋面在加載時(shí)的覆蓋范圍，故采用基于杠桿原理的間接偏心加載，其加載如圖2。加載過程中選取一根直徑為30 mm的鋼桿作為傳力杠桿，通過軸承將杠桿一端和固定于地面上的支撐桿串聯(lián)在一起，在相應(yīng)的加載處重疊多個(gè)砝碼當(dāng)作鋼桿的第二個(gè)支撐點(diǎn)，在鋼桿的另一端懸置承臺(tái)，通過增減砝碼個(gè)數(shù)進(jìn)行多級(jí)加載。當(dāng)加載時(shí)，在鋼桿一端放置一枚砝碼，則荷載可通過杠桿傳達(dá)到模型橋面，單個(gè)砝碼的重量為2 kg，荷載分3個(gè)級(jí)別加到模型上。具體荷載分級(jí)工況為：1級(jí)為14 kg，2級(jí)為28 kg，3級(jí)為42 kg。

圖2 簡(jiǎn)支T型梁橋加載位置示意Fig. 2 Schematic diagram of loading position of simply supported T-beam bridge

為分析橋梁結(jié)構(gòu)損傷產(chǎn)生的橋面形變及三維激光掃描對(duì)于橋面形變測(cè)量的可行性，故在完成對(duì)于有機(jī)玻璃T型梁橋的無損傷工況加載測(cè)量后，人為設(shè)置橋面損傷使之成為有損模型梁橋，加載后再進(jìn)行橋面的三維激光掃描測(cè)量。本次試驗(yàn)中選擇位于第5片T梁肋板底設(shè)置寬度為0.6 mm、高度為80 mm的裂縫，使得有機(jī)玻璃模型梁橋的橋面撓度更為明顯，如圖3。

圖3 裂縫示意Fig. 3 Sketch map of the crack

1.3 位移計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)與橋面三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)比

實(shí)驗(yàn)選擇三維掃描系統(tǒng)(徠卡Nova Ms50)對(duì)橋面形態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。為準(zhǔn)確地將有損簡(jiǎn)支梁T型模型橋及無損簡(jiǎn)支梁T型模型橋在不同加載工況下的橋面豎向形態(tài)變化進(jìn)行比較，筆者選擇使用Geomagic Qualify的3D比較功能對(duì)已進(jìn)行去噪處理的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而得到基于不同荷載工況下的橋面豎向形態(tài)變化云圖。

圖4為3級(jí)荷載作用下的無損傷簡(jiǎn)支梁T型橋的橋面點(diǎn)云與無荷載時(shí)橋面初始點(diǎn)云的對(duì)比云圖，以向上作為正，向下作為負(fù)。

圖4 無損傷簡(jiǎn)支T型梁橋3級(jí)荷載作用下?lián)隙仍茍D(單位：m)Fig. 4 Deflection nephogram of simply supported T-beam bridgeunder three-stage load without damage

2 曲率突變的損傷識(shí)別法及橋面曲率變化分析

2.1 突變曲率的損傷識(shí)別法

在對(duì)模型橋面三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)特征面的分析中，筆者主要提取了橋面高斯曲率和特征面的撓度曲率，同時(shí)利用曲率突變損傷識(shí)別法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。

基于虛功原理，梁式結(jié)構(gòu)中任意點(diǎn)的撓度[11]可用式(1)表示：

(1)

由于橋梁結(jié)構(gòu)大多為受彎結(jié)構(gòu)，其軸向變形和剪切變形相對(duì)于彎曲變形可忽略不計(jì)，因此在不考慮構(gòu)件的剪力和軸力變形后其撓度表達(dá)如式(2)：

(2)

由圖5中撓度關(guān)系可知，橋梁結(jié)構(gòu)的撓度曲線普通方程如式(3)：

y=f(x)

(3)

式中：x為沿著梁長(zhǎng)度方向的坐標(biāo)；y為梁的曲率。

圖5 撓度關(guān)系示意Fig. 5 Schematic diagram of deflection

同時(shí)，撓度曲線的曲率如式(4)：

(4)

式中：ρ(x)為曲率半徑。

忽略式(4)中的高階項(xiàng)，可得撓度曲線曲率近似公式如式(5)：

(5)

梁中任意截面處彎矩與撓度的關(guān)系如式(6)：

(6)

式中：E為梁的彈性模量；I為梁截面慣性矩；M(x)為作用梁上的荷載產(chǎn)生的彎矩。

將式(5)帶入式(6)中可得到：梁中任意截面的彎矩、剛度及撓度這3者之間關(guān)系如式(7)：

(7)

綜上可知：當(dāng)梁中未出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性損傷或荷載和結(jié)構(gòu)類型未變化時(shí)，截面撓度和撓度曲線曲率呈正相關(guān)；相反，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性損傷的梁截面位置處剛度會(huì)有一定削弱，在損傷部位處的撓度值和撓度曲率值將會(huì)發(fā)生突變。因此可基于梁中截面撓度值或撓度曲率值是否發(fā)生突變來對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)損傷進(jìn)行判斷，即通過橋梁結(jié)構(gòu)的橋面形態(tài)數(shù)據(jù)來推斷橋梁結(jié)構(gòu)中是否有明顯的結(jié)構(gòu)性損傷[12]。

2.2 基于高斯曲率的損傷識(shí)別法

受彎薄板的撓度微分方程如式(8)：

(8)

或表示如式(9)：

D4w=q

(9)

彈性薄板X與Y方向的曲率和扭率如式(10)：

(10)

式中：1/rx、1/ry、1/rxy分別為X、Y方向的曲率和XY平面的扭率。

當(dāng)τxy=0時(shí)，1/rxy=0，即X、Y軸為主應(yīng)力方向，同時(shí)也是主曲率方向。亦即，在彈性薄板中，一點(diǎn)的主應(yīng)力方向與主曲率方向相同，如式(11)。

(11)

κ1=1/r1，κ2=1/r2，其中：κ1、κ2分別為最大和最小主曲率。則高斯曲率K定義如式(12)：

K=κ1×κ2

(12)

高斯曲率與薄板的抗彎剛度有一定關(guān)系。因此，在接下來研究中，筆者采用高斯曲率法用于評(píng)估結(jié)構(gòu)損傷引起的剛度退化。

2.3 特征截面撓度與撓度曲率對(duì)比

模擬三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并進(jìn)行對(duì)比分析，建立起簡(jiǎn)支T型有機(jī)玻璃試驗(yàn)橋的有限元模型。將其網(wǎng)格化為較細(xì)的微小單元體，模型分析時(shí)先考慮自重作用下對(duì)橋面形態(tài)變化影響。

建立有限元數(shù)據(jù)模型，并提取有限元模型上特征面1在有損傷和無損傷情況下的橋梁特征截面撓度及撓度曲率。特征截面1、2設(shè)置如圖6。根據(jù)有限元數(shù)據(jù)模型，對(duì)比基于有損傷工況荷載下三維掃描點(diǎn)云和有限元模型位于特征截面1處的撓度及撓度曲率，如圖7。

由圖7可知：三維掃描點(diǎn)云和有限元模型位于特征截面1處的撓度及撓度曲率曲線走向大致相同，但其特征截面的撓度曲率曲線存在一定偏差；同時(shí)在結(jié)構(gòu)損傷位置附近均出現(xiàn)了明顯峰值，且峰值基本相同；點(diǎn)云數(shù)據(jù)與有限元數(shù)據(jù)在有損傷結(jié)構(gòu)橋面曲率峰值位置有一定偏差，但兩者峰值位置均出現(xiàn)在損傷區(qū)域附近，因此仍可用該方法大致確定損傷位置。

圖6 有限元模型中特征點(diǎn)、特征截面示意Fig. 6 Schematic diagram of feature points and feature sections inthe finite element model

圖7 有損傷點(diǎn)云數(shù)據(jù)和有限元數(shù)據(jù)中特征截面1的撓度及撓度曲率曲線Fig. 7 Deflection and deflection curvature curve of characteristicsection 1 in the damaged point cloud data and finite element data

2.4 利用橋面高斯曲率進(jìn)行損傷識(shí)別

2.4.1 邊主梁不同開裂位置下橋面高斯曲率

由于簡(jiǎn)支梁橋結(jié)構(gòu)中不同位置相同損傷處會(huì)發(fā)生相應(yīng)的剛度退化，故梁中不同位置病害所在截面的撓度值和撓度曲率值將會(huì)發(fā)生不同程度突變。在有限元模型中5#邊梁1/2截面與1/4截面處分別設(shè)置相同的裂縫，計(jì)算時(shí)僅考慮自重作用，計(jì)算出不同工況下橋面各點(diǎn)的高斯曲率值，從而得到橋面高斯曲率云圖。

由于簡(jiǎn)支梁橫隔板存在，使得裂縫設(shè)置并不方便，所以邊梁上的兩處裂縫不能正好落在其1/2、1/4截面位置，而應(yīng)該分別設(shè)置于1/2、1/4截面偏右側(cè)17.5 mm位置，從而避開了此區(qū)域。計(jì)算三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的高斯曲率值，將每一個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的高斯曲率值擬合成整個(gè)橋面的高斯曲率云圖，然后把相同位置處有限元所提取的撓度云圖和橋面高斯曲率云圖相互對(duì)應(yīng)，如圖8、 9。

無論是1/2截面還是1/4截面處設(shè)置開裂，在有限元模型同程度損傷設(shè)置的不同位置，橋面高斯曲率在對(duì)應(yīng)部位均發(fā)生了曲率突變，云圖出現(xiàn)了部分凸起，伴隨著相應(yīng)的高斯曲率最大值和最小值。對(duì)比在不同位置設(shè)置的同程度損傷給高斯曲率云圖帶來的不同影響發(fā)現(xiàn)：隨著開裂位置由跨中向支座位置移動(dòng)，損傷造成的撓度曲率突變逐漸弱化，凸起處高斯曲率最大、小值的絕對(duì)值也逐漸減小。

圖8 開裂工況下?lián)隙仍茍DFig. 8 Deflection nephogram under splitting conditions

圖9 開裂工況下高斯曲率云圖Fig. 9 Gaussian curvature nephogram under splitting condition

2.4.2 邊主梁不同開裂數(shù)量下橋面高斯曲率

在簡(jiǎn)支梁橋中，考慮到當(dāng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不同數(shù)量同程度的損傷時(shí)，結(jié)構(gòu)在相應(yīng)損傷位置會(huì)出現(xiàn)不同剛度的退化[13]。橋面在不同數(shù)量同程度損傷下，對(duì)應(yīng)截面處撓度值和撓度曲率值將會(huì)發(fā)生不同程度的突變。在有限元模型中5#邊梁設(shè)置3個(gè)同程度不同位置的裂縫，分別位于1/2截面和其左右200 mm處，只考慮自重作用，估算整個(gè)橋面高斯曲率。

橋面高斯曲率云圖出現(xiàn)了3處凸起，且凸起數(shù)量與邊梁設(shè)置裂縫個(gè)數(shù)相同。由于3個(gè)不同位置所設(shè)置同程度損傷與先前一個(gè)位置處所設(shè)損傷相同，因此可對(duì)比分析圖9、11中的高斯曲率云圖。由兩幅圖的對(duì)比可知：結(jié)構(gòu)的橋面曲率在結(jié)構(gòu)損傷位置處出現(xiàn)了峰值，同時(shí)其峰值數(shù)量隨著損傷數(shù)量增加而增多，由于多處裂縫之間相互影響，致使高斯曲率的最大、小值出現(xiàn)了一定弱化。

圖10 3處損傷工況下?lián)隙仍茍DFig. 10 Deflection nephogram under three damage conditions

圖11 3處損傷工況下高斯曲率云圖Fig. 11 Gaussian curvature nephogram under three damage conditions

2.4.3 有限元與點(diǎn)云數(shù)據(jù)橋面高斯曲率對(duì)比

由有限元模擬結(jié)果可以看到：通過三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)提取同一位置特征面撓度值基本與有限元數(shù)據(jù)模型所提取的相符。通過撓度曲率突變的峰值點(diǎn)可以大致確定損傷位置。

為了進(jìn)一步分析橋面變形情況，筆者針對(duì)有機(jī)玻璃模型橋中最具代表性的兩種工況，將有限元數(shù)據(jù)模型與三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)所擬合的高斯面曲率進(jìn)行對(duì)比分析。兩種工況分別為：無損傷空載、有損傷滿載。估算出不同工況下三維掃描點(diǎn)云的數(shù)據(jù)高斯曲率值，通過MATLAB將每個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的高斯曲率值擬合形成完整曲面，從而得到兩種工況下有限元數(shù)據(jù)與點(diǎn)云數(shù)據(jù)提取的對(duì)比高斯曲章云圖，如圖12～14。

圖12 模型橋提取的無損傷空載高斯曲率云圖Fig. 12 Non-damaged no-load Gaussian curvature nephogram extracted from model bridge

圖13 模型橋提取的無損傷滿載高斯曲率云圖Fig. 13 Non-damaged full-load Gaussian curvature nephogram extracted from model bridge

圖14 模型橋提取的有損傷滿載高斯曲率云圖Fig. 14 Damaged full-load Gaussian nephogram extracted from model bridge

當(dāng)有限元模型處于空載時(shí)，結(jié)構(gòu)主要由支座部位和各主梁承載。點(diǎn)云數(shù)據(jù)橋面高斯曲率云圖呈現(xiàn)凹凸不平形態(tài)，試驗(yàn)因T型有機(jī)玻璃橋材質(zhì)為無色透明，對(duì)光反射率較低，影響三維掃描采集效果，因此于橋面貼置不透明白色貼紙，氣泡的存在致使橋面出現(xiàn)輕微的凹凸不平，可模擬實(shí)際橋梁中橋面鋪裝破損造成的橋面凹凸不平。

由有機(jī)玻璃橋面高斯曲率云圖〔圖12(b)〕可知：模型橋在無損傷空載作用下時(shí)的橋面初始狀態(tài)為平面，且高斯曲率值較小，其變化范圍在-1E-7～1E-7之間波動(dòng)，相對(duì)于無損傷滿載和有損傷滿載的高斯曲率云圖波動(dòng)范圍小。由圖〔圖13(b)〕可知：模型梁橋在無損傷滿載工況下的高斯曲率云圖向上峰值較大，同時(shí)基于MATLAB中的Data Cursor功能分析，以(800, 0)為中心坐標(biāo)，30 mm為半徑的加載點(diǎn)范圍內(nèi)所獲得的高斯曲率最大值所對(duì)應(yīng)坐標(biāo)為(650, -25)；模型梁橋在無損傷滿載工況下的高斯曲率云圖向下峰值較大，重復(fù)Data Cursor功能分析可獲得凹陷最低點(diǎn)的坐標(biāo)值分別為(650, 135)，對(duì)照加載點(diǎn)坐標(biāo)范圍和開裂損傷對(duì)應(yīng)橋面坐標(biāo)可判斷為是由開裂損傷引起。

從有損傷滿載的高斯曲率云圖中可發(fā)現(xiàn)：此時(shí)有限元數(shù)據(jù)提取的高斯曲率云圖出現(xiàn)了下凹，并且凹陷部位最低點(diǎn)位于對(duì)應(yīng)損傷位置附近；點(diǎn)云數(shù)據(jù)提取的高斯曲率云圖也出現(xiàn)了下凹，參照加載位置的坐標(biāo)范圍以及橋面設(shè)置裂縫位置坐標(biāo)，可確定是由結(jié)構(gòu)開裂損傷引起。這些現(xiàn)象和規(guī)律可為將來通過橋面高斯曲率變化規(guī)律識(shí)別結(jié)構(gòu)損傷提供參考[14-17]。

3 結(jié) 論

筆者利用實(shí)驗(yàn)室自制的一座有機(jī)玻璃模型梁橋，通過三維激光掃描技術(shù)獲得橋面點(diǎn)云數(shù)據(jù)，基于橋面高斯曲率分析方法對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別進(jìn)行了探索，得到如下結(jié)論：

1)通過對(duì)比分析三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和有限元模型位于特征截面1處的撓度及撓度曲率曲線圖形，發(fā)現(xiàn)兩者曲線走向大致相同，但其特征截面的撓度曲率曲線存在一定偏差；同時(shí)在結(jié)構(gòu)損傷位置附近均出現(xiàn)了明顯峰值，且峰值基本相同；但這兩者峰值位置均出現(xiàn)在損傷區(qū)域附近，通過該方法可大致確定損傷位置；

2)將有限元數(shù)據(jù)模型與三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)所擬合的橋面高斯曲率進(jìn)行對(duì)比分析也可得到類似的結(jié)論：無損空載時(shí)，高斯曲率值波動(dòng)較小，兩種曲率云圖近似于平面，無異常凸起點(diǎn)；有損滿載時(shí)，有限元數(shù)據(jù)提取的高斯曲率云圖出現(xiàn)了下凹，且凹陷部位最低點(diǎn)位于對(duì)應(yīng)損傷位置附近；

3)考慮到邊主梁不同開裂數(shù)量下橋面高斯曲率的變化規(guī)律：當(dāng)設(shè)置3個(gè)同程度不同部位損傷時(shí)，發(fā)現(xiàn)橋面出現(xiàn)3處凸起，且凸起數(shù)量與邊梁設(shè)置裂縫個(gè)數(shù)相同；隨著損傷數(shù)量增加，高斯曲率突變也相應(yīng)增加，但由于多處裂縫之間相互影響，致使高斯曲率最大、最小值出現(xiàn)了一定弱化；

4)橋面高斯曲率相對(duì)于撓度對(duì)損傷更敏感，通過橋面高斯曲率變化規(guī)律可識(shí)別結(jié)構(gòu)損傷的數(shù)量、位置和程度等特征。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)：不僅是橋梁結(jié)構(gòu)剛度損傷會(huì)引起橋面幾何形態(tài)改變，橋面鋪裝隨營(yíng)運(yùn)時(shí)間增加所引起的老化損壞、環(huán)境溫度變化等情況也會(huì)帶來改變。因此，需要將這些因素剔除，保留由于結(jié)構(gòu)老化損傷引起的橋面形態(tài)變化量，從而為安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)與預(yù)警提供準(zhǔn)確基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。橋面點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集噪聲信息主要是測(cè)量環(huán)境的溫差效應(yīng)和橋面局部破損，環(huán)境溫差效應(yīng)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)帶來影響主要是整體位移及應(yīng)力[18]。

5)接下來的研究中，筆者擬在實(shí)測(cè)橋梁上針對(duì)性設(shè)置溫度測(cè)點(diǎn)，通過高頻次車載三維激光掃描系統(tǒng)采集橋面形態(tài)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，提取日溫差和日溫差變形效應(yīng)，建立日溫差特征趨勢(shì)模板，選取適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)預(yù)測(cè)模型實(shí)現(xiàn)基于復(fù)現(xiàn)頻率的日溫差模板外推年溫差，從而分離日/年溫差變形效應(yīng)因素；擬通過數(shù)值模擬分析橋梁承重結(jié)構(gòu)剛度變化引起的橋面形態(tài)變化形狀特征，建立起典型橋面形態(tài)變化特征尺寸和形狀模板，提取實(shí)測(cè)橋面形態(tài)變化參數(shù)特征，將橋梁結(jié)構(gòu)剛度變化等帶來的橋面形態(tài)變化和因鋪裝自身原因引起的局部破損進(jìn)行特征分類判別，以達(dá)到分離橋面鋪裝局部破損噪聲信息目的。