環(huán)境激勵(lì)下大跨空間鋼結(jié)構(gòu)參數(shù)識(shí)別與損傷預(yù)警.pdf

1、隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展以及建筑科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，各種造型獨(dú)特、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大跨度空間結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)，以往多應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)上的健康監(jiān)測(cè)技術(shù)也逐步地在大跨空間結(jié)構(gòu)中得到應(yīng)用。參數(shù)識(shí)別和損傷預(yù)警是健康監(jiān)測(cè)的核心技術(shù)。環(huán)境激勵(lì)下存在測(cè)試數(shù)據(jù)的信噪比低、結(jié)構(gòu)響應(yīng)受外界環(huán)境因素的影響等問題，這些問題導(dǎo)致一些算法雖然在數(shù)值或?qū)嶒?yàn)室模型中有效，但卻很難直接應(yīng)用到實(shí)際工程中。本文以國(guó)家游泳中心水立方結(jié)構(gòu)健康安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為工程依托，圍繞實(shí)際工程健康監(jiān)測(cè)中

2、的參數(shù)識(shí)別及損傷預(yù)警相關(guān)問題展開研究，主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　(1)研究加速度傳感器的優(yōu)化布置方法。針對(duì)大跨空間鋼結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特點(diǎn)，研究基于模態(tài)能量和分步優(yōu)化的傳感器布置方法。根據(jù)結(jié)構(gòu)模態(tài)應(yīng)變能的大小挑選出環(huán)境激勵(lì)下結(jié)構(gòu)的主要貢獻(xiàn)模態(tài)，即優(yōu)化時(shí)所取的監(jiān)控模態(tài)。根據(jù)模態(tài)振型形狀、特征向量乘積以及模態(tài)置信度，采用分步法進(jìn)行傳感器優(yōu)化布置。以國(guó)家游泳中心鋼結(jié)構(gòu)為工程背景，對(duì)其模態(tài)測(cè)試時(shí)加速度傳感器布點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化。
　　(2)研究結(jié)構(gòu)健

3、康監(jiān)測(cè)加速度信號(hào)的降噪方法。分析有用信號(hào)與噪聲的模極大值特點(diǎn)，針對(duì)小波降噪中分解層數(shù)以及奇異值降噪中重構(gòu)階次難以確定的問題，研究一種分解層數(shù)以及重構(gòu)階次的自適應(yīng)確定法。用數(shù)值模擬信號(hào)以及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)所提方法進(jìn)行驗(yàn)證。
　　(3)研究基于小波變換的模態(tài)參數(shù)識(shí)別技術(shù)以及模態(tài)變異性。針對(duì)大跨空間結(jié)構(gòu)具有低頻密集模態(tài)以及難以實(shí)現(xiàn)用力錘或激振器來激勵(lì)等特點(diǎn)，研究自然激勵(lì)法與小波變換相結(jié)合的模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法。分析母小波參數(shù)的選擇對(duì)識(shí)別精度的影響

4、，研究基于遺傳算法和最小標(biāo)準(zhǔn)差的小波中心頻率及帶寬的自適應(yīng)選擇方法。通過數(shù)值仿真以及國(guó)家游泳中心現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，驗(yàn)證所提方法的有效性。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析模態(tài)參數(shù)的環(huán)境變異性。
　　(4)研究考慮不確定性的模型修正方法。針對(duì)用于模型修正的模態(tài)參數(shù)具有不確定性的特點(diǎn)，以及大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)模型修正時(shí)計(jì)算量大的問題，研究基于區(qū)間理論和多輸出支持向量回歸機(jī)的有限元模型修正方法。利用區(qū)間分析法來描述參數(shù)的不確定性，用均勻?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)方法構(gòu)造樣本

5、，將實(shí)測(cè)模態(tài)參數(shù)作為輸入，多個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)作為輸出，以支持向量回歸機(jī)逼近輸入輸出二者之間的非線性映射關(guān)系，然后利用支持向量回歸機(jī)的泛化推廣能力，求解設(shè)計(jì)參數(shù)的目標(biāo)值，為有限元模型修正提供一種新的探索。利用所提方法對(duì)國(guó)家游泳中心鋼結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行修正。
　　(5)研究運(yùn)營(yíng)條件下結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警方法。研究基于脈沖響應(yīng)函數(shù)和統(tǒng)計(jì)判別的損傷預(yù)警方法，首先通過虛擬激勵(lì)技術(shù)提取環(huán)境激勵(lì)下結(jié)構(gòu)脈沖響應(yīng)，然后以脈沖響應(yīng)作為敏感指標(biāo)，綜合運(yùn)用主成分分析、支持向