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钢结构无损检测的动力学方法研究

田迎春  
【摘要】: 建筑结构与人类的生活息息相关,其质量问题不容忽视。而钢结构一般多用于跨度较大的公共建筑或重要建筑,结构损伤往往造成重大人员伤亡和财产损失,因而对于在役结构的损伤识别问题的研究近年来得到广泛的关注。结构发生损伤会引起结构的物理参数发生变化(如刚度的降低、阻尼的增加等),从而导致结构的固有振动特性(如固有频率、振型)发生变化。结构中不同位置的损伤对结构各阶模态的影响不同,因而根据结构损伤前后模态参数的变化在理论上可以确定损伤的发生与否及其位置和损伤程度。在检测结构损伤时,本文引入了Gayan动力缩聚。这一方面可使测点数在能够反映结构动力特性的前提下尽可能的少,利于实时、迅速地对结构损伤进行诊断;另一方面,可消除不易测量的节点自由度的影响。本文在黄方林提出的残余能量的基础上,定义了新的与故障有关的特征参数——残余能量差,根据各自由度、各节点对残余能量差的贡献大小来定位损伤。该方法不仅可以较准确、迅速的定位损伤,而且克服了残余能量法需以完好结构指纹为基础的缺点,解决了在役结构完好指纹不易获得的矛盾,宜用于实际工程。本文利用该方法,通过对仿真计算和实物试验的几种损伤识别结果的分析、比较,得出以下结论:残余能量差不仅能较好的定位损伤(刚度的降低和质量的增加等);而且还可以在没有初始的完好指纹的情况下,利用有损伤结构之间的残余能量差确定新的损伤,因此该方法可以用于结构的K期监测。基于上述分析,最后提出了钢结构无损检测的发展前景和亟待解决的问题。


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