結(jié)構(gòu)損傷在線識別及其與振動控制實(shí)時相結(jié)合.pdf

1、建筑結(jié)構(gòu)在服役期間，由于一些自然和人為的因素，往往會因?yàn)檫^大的變形給居住在其中的人們帶來不適感，特別是當(dāng)遭受一些重大荷載，如強(qiáng)烈地震作用時，結(jié)構(gòu)很有可能會產(chǎn)生損傷，因此對結(jié)構(gòu)損傷識別和振動控制的研究，是目前土木工程領(lǐng)域兩個非常重要的課題。傳統(tǒng)的方法大多是將結(jié)構(gòu)損傷識別和振動控制分開進(jìn)行研究，但是考慮到二者都同時用到相同的信號采集、傳輸和收集裝置，這樣分開處理的方式既不經(jīng)濟(jì)，計(jì)算效率也不高;同時，結(jié)構(gòu)的最優(yōu)控制也應(yīng)該是在能夠?qū)崟r識別的結(jié)構(gòu)

2、時變參數(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。
　　土木工程領(lǐng)域，考慮到其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、較大自由度數(shù)和工程的經(jīng)濟(jì)性，通常很難獲得完整的結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)信息。
　　基于上述研究背景，本文的主要研究內(nèi)容如下。
　　(1)提出了一種基于擴(kuò)展卡爾曼濾波(EKF)的結(jié)構(gòu)損傷實(shí)時識別算法。其主要思想分為三個階段。第一階段根據(jù)EKF識別結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)和未知的結(jié)構(gòu)物理參數(shù);第二階段是通過對比與觀測得到的結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)的誤差來判斷損傷發(fā)生的時間和可能損傷的單元;

3、第三階段是根據(jù)不同觀測層的加速度響應(yīng)的誤差建立一個目標(biāo)函數(shù)，通過對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化求解，即代入真實(shí)的損傷剛度的大小，會使得加速度響應(yīng)的誤差最小，從而達(dá)到對損傷的位置以及大小的識別。由于第一階段需要判斷損傷發(fā)生的時間和可能損傷的單元，傳感器需要優(yōu)化布置，以實(shí)現(xiàn)一個剛度單元的兩邊至少需要放置一個加速度傳感器。
　　(2)提出了一種結(jié)構(gòu)損傷識別與振動控制實(shí)時相結(jié)合的算法。先采用EKF識別結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)，通過對比觀測和預(yù)測的加速度誤差，對

4、結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷識別，并實(shí)時更新結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)和物理參數(shù)，并由此計(jì)算施加在結(jié)構(gòu)上的控制力。本文根據(jù)控制力施加方法的不同，即主動控制和半主動控制，采用了兩種控制力計(jì)算方法。主動控制采用的是瞬時最優(yōu)控制方法，作動器直接作用于結(jié)構(gòu)上;半主動控制是通過一個由彈簧和阻尼器串聯(lián)成的控制器放置在結(jié)構(gòu)上對結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制。
　　(3)提出了一種在結(jié)構(gòu)響應(yīng)觀測較少時，基于響應(yīng)敏感度的結(jié)構(gòu)損傷實(shí)時識別算法。現(xiàn)實(shí)的土木結(jié)構(gòu)往往是復(fù)雜的，大多數(shù)情況下很難在結(jié)構(gòu)上