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基于动态特性的结构损伤诊断若干关键问题研究

张红雷  
【摘要】: 结构健康监测日益成为土木工程发展的一个新课题,面临着许多的挑战和机遇。本文围绕结构损伤诊断,研究基于环境激励的模态试验方法、传感器优化布置原理和小波包能量谱损伤预警方法三方面的内容。 试验模态分析对验证结构设计、建立结构的动力学模型以及运营状态的评估等都具有重要意义,模态试验成为结构竣工试验及结构健康监测的重要组成部分。传统的模态试验方法要求对大型结构进行激振,使得试验难以完成。基于环境激励的模态试验方法是在仅测得响应信号的情况下进行模态分析的一种新方法,在工程中得到广泛应用。本文首先分别介绍传统模态试验方法和基于环境激励的模态试验方法,探讨二者之间的联系与区别。在此基础上,进一步对环境激励进行假设,根据大型桥梁结构和测试仪器的特点,指出基于环境激励的移动测点法是更加实用的新方法。并应用此方法对润扬长江大桥南汊悬索桥进行了模态试验分析。 在线模态监测时,如何选用最优的传感器数量及其在结构中的配置已经受到越来越多的关注。文中介绍了基于QR分解的逐步累积法,在此基础上对传感器在钢桁架和斜拉桥模型上的优化布置进行了研究。 最后介绍了小波包能量谱损伤预警方法的过程,包括特征频带的选取,小波包分解层次的选择,小波函数的选择等一系列问题。以润扬斜拉桥模型为工程背景研究了小波包能量谱损伤预警指标的损伤适用性、损伤敏感性和噪声鲁棒性,结果表明在有大量损伤样本的情况下,能量比偏差ERVD向量具有损伤定位的功能。


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