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钢筋混凝土梁和框架结构的动力损伤诊断研究

李鹏  
【摘要】: 随着经济的发展,大跨、高层及复杂工程结构的建设,使结构失效带来的损失风险增大。不管是从结构性能还是建筑节能来看,HRB500级钢筋将会得到推广和使用。但是在我国HRB500级钢筋作为主要受力钢筋构件的模态等动力性能的研究还比较少,因此本文的研究可以为HRB500级钢筋应用提供理论基础与试验依据。 本文主要研究了以HRB500级钢筋作为受力主筋的三根混凝土足尺梁和两榀一层两跨的框架试验研究,同时加以一根HRB335混凝土足尺梁和一榀HRB400框架梁进行对比试验。静力试验采用两点对称加载方案,分级加载,记录了试验梁的挠度和裂缝特征。通过静力荷载为动力试验制造所需的不同损伤程度。动力试验数据分别在试验梁的初始状态,以及各种不同的损伤状态下进行,动力试验数据主要包括自振频率以及模态振型。振动试验中分别采用双加速度传感器进行位移模态分析。 本文采用基于模态的无反演损伤指标定位方法,对试验梁的振动测试结果进行分析。主要内容包括对结构体系中是否出现损伤进行判别及对已经出现的损伤定位和对损伤程度进行有效的判别。基于结构动力学理论,本文论述多种损伤识别指标的基本原理和计算方法,主要包括:固有频率变化率、模态置信因子、模态应变能、残余力向量、应变模态、模态应变能、刚度变化、柔度矩阵等。 利用以上指标对试验构件的损伤进行识别与定位,通过结果对比它们对结构损伤识别的准确程度。研究结果表明,仅凭获取的固有频率不能准确判断结构构件的损伤状态及损伤位置,只能初步判断结构中是否出现损伤。将频率结合模态振型可以对损伤较严重的情况进行准确的诊断。例如柔度矩阵的变化率综合了振型的变化和频率的变化,此方法对结构的损伤位置和程度的识别最有效。


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