基于沖擊振動的位移柔度和應(yīng)變?nèi)岫茸R別方法.pdf

1、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測作為當(dāng)前大型土木工程結(jié)構(gòu)的安全保障系統(tǒng)，在對結(jié)構(gòu)的正常服役狀態(tài)、突發(fā)事件預(yù)警、性能劣化評估、養(yǎng)護(hù)管理決策等方面發(fā)揮了重要作用。本文主要研究了基于沖擊的結(jié)構(gòu)位移和應(yīng)變?nèi)岫茸R別方法，論文的研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)利用環(huán)境振動數(shù)據(jù)識別結(jié)構(gòu)的非縮放位移柔度。本文比較了位移頻響函數(shù)的三種不同計算方法，其中分別由沖擊振動數(shù)據(jù)和脈沖響應(yīng)函數(shù)計算的位移頻響函數(shù)一致，都等于結(jié)構(gòu)的理論位移頻響函數(shù)，但與環(huán)境振動數(shù)據(jù)計算的位移頻響

2、函數(shù)在各階模態(tài)分量處存在固定的幅值比，該幅值比由環(huán)境激勵力的強(qiáng)度和環(huán)境頻響函數(shù)識別的模態(tài)參數(shù)兩部分組成，由環(huán)境頻響函數(shù)可以計算結(jié)構(gòu)的非縮放位移柔度，其與結(jié)構(gòu)的真實(shí)位移柔度存在相同的幅值比。非縮放位移柔度具有實(shí)際意義，有助于工程技術(shù)人員了解結(jié)構(gòu)的剛度分布和預(yù)測結(jié)構(gòu)在靜載下發(fā)生的相對變形。數(shù)值模擬和試驗(yàn)結(jié)構(gòu)驗(yàn)證了基于環(huán)境振動數(shù)據(jù)識別結(jié)構(gòu)的非縮放位移柔度方法的有效性。
　　(2)結(jié)構(gòu)在質(zhì)量未知條件下的位移柔度識別。本文研究了位移柔度和位

3、移頻響函數(shù)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)位移頻響函數(shù)在頻率為零處的值等于結(jié)構(gòu)的位移柔度系數(shù)，分別從實(shí)模態(tài)和復(fù)模態(tài)頻響函數(shù)中推導(dǎo)位移柔度計算公式，其中由實(shí)模態(tài)推得的公式需要知道結(jié)構(gòu)的質(zhì)量歸一化的位移振型，而由復(fù)模態(tài)推得的公式需要知道結(jié)構(gòu)的模態(tài)縮放系數(shù)，采用模態(tài)參數(shù)識別算法—CMIF法識別結(jié)構(gòu)的基本模態(tài)參數(shù)（固有頻率、阻尼比和位移振型）、系統(tǒng)極點(diǎn)和模態(tài)縮放系數(shù)，將這些參數(shù)代入復(fù)模態(tài)柔度計算公式可以識別結(jié)構(gòu)的位移柔度，實(shí)現(xiàn)在質(zhì)量未知條件下識別結(jié)構(gòu)的位移柔度，該

4、方法具有較大的工程應(yīng)用價值。采用實(shí)驗(yàn)室簡支鋼梁結(jié)構(gòu)對CMIF法識別位移柔度進(jìn)行驗(yàn)證，獲得了良好的位移柔度識別結(jié)果。
　　(3)長標(biāo)距應(yīng)變模態(tài)理論。本文推導(dǎo)了長標(biāo)距應(yīng)變模態(tài)的一系列理論公式，發(fā)現(xiàn)長標(biāo)距應(yīng)變頻響函數(shù)和位移頻響函數(shù)在表達(dá)式上具有相似性，但不具有位移頻響函數(shù)的對稱性，從長標(biāo)距應(yīng)變頻響函數(shù)矩陣中除了可以識別結(jié)構(gòu)的固有頻率、阻尼比和系統(tǒng)極點(diǎn)外，還能用任意一列元素識別結(jié)構(gòu)的應(yīng)變振型，用任意一行元素識別結(jié)構(gòu)的位移振型。根據(jù)長標(biāo)距應(yīng)

5、變的特性，也可以用共軛梁法從應(yīng)變振型中直接計算位移振型，在實(shí)際操作中可以減少試驗(yàn)工作量，提高試驗(yàn)效率。
　　(4)結(jié)構(gòu)在質(zhì)量未知條件下的位移柔度和應(yīng)變?nèi)岫热诤献R別。本文對識別位移柔度的CMIF法進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了在不需要知道結(jié)構(gòu)質(zhì)量條件下識別應(yīng)變?nèi)岫?，通過比較位移柔度和應(yīng)變?nèi)岫鹊挠嬎愎剑l(fā)現(xiàn)識別的應(yīng)變模態(tài)參數(shù)也可以用于識別位移柔度，由此提出了通過一次性的應(yīng)變模態(tài)分析實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)位移柔度和應(yīng)變?nèi)岫鹊娜诤献R別方法，該方法在實(shí)際應(yīng)用時能夠加

6、快試驗(yàn)進(jìn)度，提高工作效率。采用復(fù)雜橋梁有限元模型和試驗(yàn)結(jié)構(gòu)對融合識別方法進(jìn)行驗(yàn)證，并分析了方法的模態(tài)階段誤差、魯棒性和抗噪性以及傳感器的稀疏布置方案，獲得了良好的驗(yàn)證結(jié)果。
　　(5)基于應(yīng)變參數(shù)的損傷識別。本文研究了用識別的應(yīng)變振型和應(yīng)變?nèi)岫染仃囎R別結(jié)構(gòu)損傷，其中在簡支鋼梁試驗(yàn)結(jié)構(gòu)的損傷識別研究中，分別采用位移振型和應(yīng)變振型計算了振型差、振型曲率差和振型曲率平方差這三個損傷指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)基于位移的損傷指標(biāo)不敏感，而基于應(yīng)變的損傷指標(biāo)