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基于应变模态分析理论的工程结构损伤识别方法研究

赵常峰  
【摘要】: 土木工程作为人类赖以生存与活动的基础,其安全性研究是一个永恒的课题。但工程结构本身的大尺度性与系统性使得对此类结构的安全检测与监控不可能像机械结构那样发展迅速。尽管如此,重大结构(如大跨桥梁、海洋钻井平台、大型体育场)的健康监测还是取得了一些成绩。目前对结构健康监测领域的结构损伤识别这一关键课题,学术界尚未达成共识。 本文在总结已有工程经验与学术文献的基础上提出了基于应变类损伤指标的结构损伤识别方法,通过数值模拟的方式来进行工程结构的损伤识别研究。主要内容如下:(1)建立结构基于脉冲响应函数的损伤指标并用其对结构的损伤位置定位,首先提取在随机激励下一悬臂梁的应变响应数据,并以此构建应变类损伤指标对损伤的位置和程度进行识别,同时将其与位移类损伤指标进行比较分析;(2)建立基于应变模态振型的损伤指标并用其对简支梁的损伤位置定位与程度识别,首先分析对损伤比较敏感的模态阶次,然后利用这些模态阶次构建目标函数,最后通过ANSYS优化分析来达到损伤识别的目的;(3)运用两类应变类指标对一座斜拉桥拉索的损伤情况进行识别,首先采用第一种方法对损伤位置进行判断,再分析对损伤敏感的阶数,最后通过优化分析完成对损伤的具体位置定位与程度识别。 研究结果表明:在利用基于脉冲响应函数的损伤指标进行结构损伤识别时,指标对小损伤的识别效果不是很理想,但损伤位置基本不会影响识别效果。在对大型结构进行损伤分析时宜先分析出对损伤敏感的模态阶次再构建目标函数进行结构优化,这样可减少数据处理量,节约资源,提高效率。同时当拉索发生单损伤和双损伤时,利用应变模态构建目标函数进行优化分析均可识别损伤的具体位置与损伤程度。本论文也提出了一套方法来进行结构损伤识别,对今后的桥梁结构健康监测具有参考价值。


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