基于應(yīng)變模態(tài)技術(shù)的桁架損傷識別研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測是當(dāng)前土木工程領(lǐng)域中的熱點研究課題，而損傷識別是健康監(jiān)測的核心內(nèi)容。目前在眾多的損傷識別技術(shù)中，基于振動理論的振動法識別技術(shù)由于經(jīng)濟有效、使用安全而引起了國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。振動識別技術(shù)是通過分析結(jié)構(gòu)的固有頻率、阻尼和模態(tài)振型等動力特性進行損傷位置和程度的識別。由于動力特性只與其本身固有屬性有關(guān)，反映了結(jié)構(gòu)的整體性態(tài)，因此振動識別技術(shù)具有全局損傷識別能力。結(jié)構(gòu)振動損傷識別技術(shù)首先需解決損傷標(biāo)識量的選擇問題，文獻表明，基于位移模

2、態(tài)的損傷指標(biāo)量對損傷欠敏感，而應(yīng)變類的損傷指標(biāo)法可以明顯的提高其敏感性。故本文選用應(yīng)變類的損傷指標(biāo)法作為損傷標(biāo)識量。由于應(yīng)變模態(tài)在較復(fù)雜的工程結(jié)構(gòu)上尚未應(yīng)用，本文以常用的桁架結(jié)構(gòu)為研究對象，對應(yīng)變模態(tài)在工程結(jié)構(gòu)的應(yīng)用技術(shù)進行了數(shù)值仿真分析與試驗研究，研究所得結(jié)論對基于應(yīng)變模態(tài)結(jié)構(gòu)損傷識別技術(shù)的實際應(yīng)用具有積極的作用。 本文討論了應(yīng)變模態(tài)分析原理的三種形式、應(yīng)變以及位移頻響函數(shù)矩陣的特點及測試方法，為試驗研究提供了理論基礎(chǔ)；并討論

3、了兩種桁架結(jié)構(gòu)節(jié)點半剛化的模擬方法，為數(shù)值仿真提供了理論基礎(chǔ)；通過數(shù)值仿真和試驗研究相互驗證了基于應(yīng)變模態(tài)的損傷識別參數(shù)在桁架結(jié)構(gòu)損傷識別中的有效性。 本文主要研究工作體現(xiàn)如下： 1、桁架結(jié)構(gòu)數(shù)值仿真模型的修正考慮到實際工程中桁架結(jié)構(gòu)相交處無論是采用直接連接方式還是節(jié)點板連接方式，一般情況下都是難以實現(xiàn)理想的“鉸”，端部或多或少的有一定的轉(zhuǎn)動約束，故修正以節(jié)點剛化程度(假設(shè)各節(jié)點剛化程度相同)為修正參數(shù)、前四階的計算頻率

4、和實測頻率差的絕對值和為目標(biāo)函數(shù)，使用一階優(yōu)化方法進行優(yōu)化。經(jīng)過對數(shù)值仿真模型的修正，頻率的相對誤差控制在6％以內(nèi)。 2、桁架結(jié)構(gòu)損傷模擬使用面積折減法在應(yīng)變振型的最大處進行損傷模擬，模擬四種工況，從結(jié)果得出如下結(jié)論：(1)桁架結(jié)構(gòu)的固有頻率大體上隨損傷的加大呈下降趨勢，但變化幅度較小；(2)應(yīng)變振型能識別出損傷的位置和程度，但若損傷在某階應(yīng)變模態(tài)的節(jié)點附近，則應(yīng)變振型在損傷前后變化不大；(3)應(yīng)變振型隨著損傷的加大，在損傷處急

5、劇增加，損傷60％造成應(yīng)變振型在損傷處增大2-5倍，而損傷30％所造成的應(yīng)變振型在損傷處增大1倍左右；(4)不同的階數(shù)對損傷識別的敏感程度不同，應(yīng)多使用幾階進行判斷。 3、桁架結(jié)構(gòu)應(yīng)變模態(tài)試驗研究試驗分四組，從結(jié)果中得出以下結(jié)論：(1)桁架結(jié)構(gòu)的固有頻率大體上隨損傷的加大呈下降趨勢，但變化幅度較??；(2)通過比較桁架結(jié)構(gòu)損傷前后的前三階應(yīng)變振型，可以很容易的識別出損傷的位置；(3)從前三階的應(yīng)變變化圖可以看出，應(yīng)變振型可以識別出