基于模態(tài)應(yīng)變能的鋼結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別研究.pdf

1、土木工程結(jié)構(gòu)在服役期可能受到地震、臺(tái)風(fēng)、火災(zāi)以及環(huán)境腐蝕等各種自然和人為的影響,這些影響會(huì)使結(jié)構(gòu)的構(gòu)件產(chǎn)生損傷。當(dāng)損傷積累到一定程度時(shí),構(gòu)件的可靠性會(huì)隨之降低,進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。因此,對(duì)既有結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷識(shí)別并對(duì)其加固可以延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命,減少大量重建資金的投入。
　　目前,國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者已提出多種土木工程結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別方法。本文詳細(xì)論述了這些方法,并對(duì)比分析了各種方法的優(yōu)缺點(diǎn),提出了結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別研究目前存在的問題。在此基

2、礎(chǔ)上本文重點(diǎn)對(duì)基于模態(tài)應(yīng)變能的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法進(jìn)行了深入研究。
　　首先,本文研究了基于模態(tài)應(yīng)變能變化率的結(jié)構(gòu)損傷定位法。為了檢驗(yàn)該法對(duì)于不同鋼架結(jié)構(gòu)的定位效果,本文利用ANSYS軟件分別建立了一個(gè)平面鋼架模型和一個(gè)空間鋼架模型,模擬了九種不同的損傷工況。由于該法需要結(jié)構(gòu)損傷前與損傷后的模態(tài)參數(shù),本文還對(duì)兩種鋼架的完好結(jié)構(gòu)(未損傷結(jié)構(gòu))與九種損傷工況進(jìn)行了模態(tài)分析,提取了相關(guān)參數(shù)。利用這些參數(shù)計(jì)算了兩種鋼架結(jié)構(gòu)不同工況各單元損傷前

3、后的模態(tài)應(yīng)變能變化率,并進(jìn)行了對(duì)比分析。算例結(jié)果表明:對(duì)于單損傷工況,該法只能定位損傷程度為30％以上的損傷;對(duì)于多損傷工況,若未知損傷單元個(gè)數(shù),該法無法完成準(zhǔn)確定位。此外,本文還發(fā)現(xiàn)在相同的損傷程度下,該法對(duì)斜撐定位的靈敏度高于對(duì)其他桿件定位的靈敏度。
　　其次,本文對(duì)基于模態(tài)應(yīng)變能變化率的結(jié)構(gòu)損傷定位法進(jìn)行了改進(jìn),重新定義了損傷定位指標(biāo),利用上述鋼架和損傷工況對(duì)改進(jìn)后的方法進(jìn)行了驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明:對(duì)于單損傷工況,改進(jìn)后的方法

4、可定位損傷程度為10%以上的損傷;對(duì)于多損傷工況,無需預(yù)知損傷單元個(gè)數(shù),該法即可較好地完成定位。
　　最后,本文還對(duì)結(jié)構(gòu)損傷程度的估計(jì)指標(biāo)進(jìn)行了研究。在研究了學(xué)者提出的各種模態(tài)應(yīng)變能結(jié)構(gòu)損傷程度估計(jì)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，本文首次提出了基于單元模態(tài)應(yīng)變能比值的損傷程度估計(jì)指標(biāo),并利用上述的兩種鋼架模型進(jìn)行了檢驗(yàn)。檢驗(yàn)結(jié)果表明:該指標(biāo)對(duì)于平面鋼架模型各種工況的損傷程度估計(jì)值偏小,但是對(duì)于空間鋼架模型各種工況的損傷程度估計(jì)值較為精確。此外,該損