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《湖南大学》 2004年
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基于模态参数的混凝土框架结构损伤诊断研究

徐丽  
【摘要】:基于动力学的结构损伤诊断在应用中面临许多新的课题,本文着重进行两个方面的研究:混凝土结构动力测试的不确定性分析和对损伤敏感的局域量的损伤诊断应用。具体内容为: 1.设计制作了比例为1:3的四层钢筋混凝土空间框架模型,进行脉冲激励模态试验,分析测试过程及模态参数拟合过程中的误差因素,并给出结构模型较为全面的动力特性参数。 2.从测试的结构传递函数出发,利用先验信息,对模态参数进行贝叶斯估计,得到结构模态参数的最大后验概率估计值。基于拉普拉斯原理的渐近方法将边缘分布近似为以最大后验估计值为中心的正态分布,从而得到模态参数的置信区间。 对混凝土框架结构模型的模态参数不确定性估计表明,测试数据少的情况下先验信息对估计结果有着显著作用。随着先验知识的更新和较多的测试信息增加,估计结果逐渐收敛。估计结果还表明,在结构的模态参数中,固有频率的不确定性程度最小,应变模态振型与位移模态振型相比,各测点的变异程度差异较大,而阻尼比受不同类型测试系统影响较大。 3.基于考虑框架节点转动的层模型和不同模态测试信息,由灵敏度分析方法对混凝土框架模型进行层弹性模量的识别,并运用Monte Carlo模拟对由于模态参数的不确定性引起的结构物理参数变化范围进行定量分析,给出了层弹性模量由于测试引起的变动范围。识别结果具有良好的精度。 4.通过对应变模态的分析,认为应变模态可理解为框架结构的弯矩模态。是一种结构广义内力模态。进行了钢框架结构模型的节点损伤试验和混凝土框架柱变刚度试验,用应变模态损伤前后的相对变化率以及损伤统计指标对损伤进行诊断。结果表明,结构的1阶应变模态准确、稳健地指示出损伤部位。并且,利用应变模态的局域性特点,可以通过局部模型修正的方法来诊断出局部损伤的程度。 5.框架结构的高阶模态表现为构件局部挠曲的模态形式。对框架柱进行了局部挠曲模态的脉冲激励试验和正弦稳态扫描试验。分析和试验表明,对于规则的链式结构,其高阶局部模态具有模态密集区,每一密集区中的模态数目等于结构中同类构件的数目。子结构和整体结构之间存在静力耦合和动力耦合。基于最大动能的原则,对框架柱局部模态的测试结果进行挑选。数值模拟和试验表明,代表最大动能的局部模态可以比低阶模态更有效地诊断构件的损伤。
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