基于柔度挠动法的约束子结构损伤识别方法

发布时间：2020-09-17 21:38

　　土木结构的设计使用年限通常高达几十年,桥梁结构甚至超过百年,但在结构自身缺陷及外部荷载作用下,有些结构往往达不到设计使用年限即出现破坏或倒塌,因而有必要对结构在使用期进行损伤识别,以及时发现病害、预防重大安全事故。传统损伤识别方法的对象为整体结构,但受建设用地的制约及建造技术的快速发展,土木结构逐渐趋于大型化和复杂化,所以需安装大量的传感设备才能获取整体结构的静、动力响应,进而实现结构的损伤识别,这不但降低了识别效率,且经济性较差,不利用损伤识别的推广应用。大量灾害调查表明,对于大多数的大型结构而言,早期的损伤往往出现在关键的局部部位或构件上,如能针对这些关键部位或构件进行损伤识别,则能大大降低损伤识别所需的代价。因此,本文通过引入基于局部模态的约束子结构以及柔度扰动法损伤识别理论,提出了基于柔度扰动法的约束子结构损伤识别方法,并通过简支梁、钢桁架数值模型以及实验框架结构验证该方法的适用性。论文的主要研究内容和结果如下:(1)在子结构与整体结构连接处添加虚拟约束支座,通过布设在约束支座处及子结构内部的传感器获得子结构的局部模态信息,并引入虚拟约束支座处位移为零的前提条件,基于力学原理推导了子结构的柔度矩阵,实现子结构与整体结构的分离。(2)将子结构柔度进行特征值分解,采用分解后的特征值作为损伤识别特征指标,提出了柔度扰动损伤识别方法。数值算例结果表明:在三种损伤工况下,所提方法均能准确定位损伤位置,且损伤程度的识别误差不超过5%,具有较高的损伤定位能力以及识别精度。所提方法无需迭代计算,实用性较好。(3)在实验室搭建三层两跨钢框架结构,分别选取框架结构中的单杆和第三层作为子结构,并采用切割杆件的方式模拟损伤。采用所提子结构损伤识别方法的计算结果显示:将单杆作为子结构时,三种不同损伤程度的识别误差均低于6%;采用某层作为子结构时,三种不同损伤程度的识别误差均低于10%。这表明本文方法能够满足实际的工程需要,为今后推广应用提供了理论支撑。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU317
【部分图文】：

大型结构,结构健康监测

大型结构设计使用年限均在几十年、百年以上，在结构外部因素（如环境侵蚀等）和结构内部因素（如材料老化、构件疲劳损伤等）的共同作用下，将会导致结构出现材料性能退化、疲劳累积等不可避免且不可逆的损伤，甚至会出现结构倒塌的情况，如图 1.1 所示。在这个背景下，结构健康监测(Structural Healthy Monitoring)随着大型结构的发展应运而生并逐渐成为土木领域的一个重点研究方向。而损伤识别作为结构健康监测的关键技术，一直受到全世界学者和工程界的关注。(1) 2001 年四川省宜宾市南门大桥 (2) 2004 年四川省成都市三渡水大桥

构件,工况,单柱,最上层

的最上层为子结构并设置不同位置的不表 4.1 单柱结构工况预设 4.1 Substructure condition setting of one colum元损伤 ⑴ ⑵况 1 1况 2 3况 3 6表 4.2 三柱结构工况设置.2 Substructure condition setting of three colum⑵ ⑶ ⑷ ⑸ ⑹ 20%20% 30%20% 30%

采集装置,加速度响应,识别方法,模态识别

图 4.4 加速度响应采集装置Figure 4.4 Acceleration response acquisition apparatus态识别方法采用的是基于随机子空间理论的模态识别方法（Stochason-SSI）。随机子空间方法是一种较为先进的时域模态识别方提出，相对于频域模态识别方法，直接采用测试的时程响应留了结构的响应信息，有效避免了泄露误差和栅栏效应，别方法更高。说，随机子空间模态识别方法按照计算过程的不同可分为驱动的随机子空间识别方法(Data-SSI)以及基于协方差驱动(Cov-SSI)。两者的基本原理是一致的，以线性系统的最小利用 Hankel 矩阵与系统的可观性、可控性矩阵之间的特殊及输出矩阵，再基于状态空间识别实际结构的模态参数。空间识别方法由测得的响应信号构造 Hankel 矩阵，通过将

【参考文献】