基于動力特性的水工鋼結(jié)構(gòu)損傷識別理論與試驗(yàn)研究.pdf

1、近20年來，基于動力測量數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)損傷識別和健康診斷一直是國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)，在土木工程領(lǐng)域中的研究和應(yīng)用較多，但對于水工結(jié)構(gòu)系統(tǒng)(特別是水工鋼結(jié)構(gòu))損傷識別和健康診斷尚缺少研究。本文在水利部科技創(chuàng)新項(xiàng)目(No.
　　 SCX2003-18)與國家自然科學(xué)基金(No.50608036)的資助下，對于水工鋼結(jié)構(gòu)的損傷識別方法進(jìn)行了初步地探討，為解決水工鋼結(jié)構(gòu)(如水工弧形閘門)這樣一個(gè)大型復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的運(yùn)營安全評估及損傷識別問題提

2、供了新的思路。具體的研究內(nèi)容如下：
　　 首先回顧和總結(jié)了國內(nèi)外損傷識別領(lǐng)域的研究進(jìn)展，然后展開了關(guān)于損傷識別方法的理論及應(yīng)用研究。針對基于傳統(tǒng)遺傳算法的損傷識別方法的不足，改進(jìn)了傳統(tǒng)遺傳算法的變異算子，提出了一種基于改進(jìn)遺傳算法的損傷識別方法，一定程度上減少了損傷識別搜索過程中的盲目性并顯著提高了識別結(jié)果的準(zhǔn)確度。某兩層門式框架模型損傷識別的仿真算例和一個(gè)帶栓接接頭矩形框架損傷識別的試驗(yàn)研究，證明了該方法的正確性和有效性。針對

3、遺傳算法收斂緩慢的固有缺點(diǎn)，提出了一種基于信賴域算法的損傷識別方法，通過求解帶邊界約束的非線性最小二乘目標(biāo)函數(shù)來實(shí)現(xiàn)損傷識別，使得識別過程既具有更強(qiáng)的魯棒性又在很大程度上節(jié)省了計(jì)算時(shí)間；同時(shí)研究了目標(biāo)函數(shù)向量的擴(kuò)充，使該方法能適用于更加實(shí)際的情況。兩層框架結(jié)構(gòu)的數(shù)值仿真研究與兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室框架模型的試驗(yàn)研究結(jié)果表明，在較少的迭代次數(shù)下，該方法就能成功地進(jìn)行損傷識別，證明了該方法應(yīng)用于實(shí)際結(jié)構(gòu)的可行性和有效性。接下來，更進(jìn)一步地將該方法應(yīng)用于

4、典型水工鋼結(jié)構(gòu)——水工弧形閘門模型的損傷識別中。先利用健康狀態(tài)下的實(shí)測模態(tài)數(shù)據(jù)，通過修正初始有限元模型來獲得用作損傷識別的基準(zhǔn)模型，再運(yùn)用該方法進(jìn)行損傷識別的數(shù)值仿真和實(shí)測數(shù)據(jù)研究。結(jié)果表明該方法能夠較為準(zhǔn)確地識別出弧形閘門模型的損傷位置及其程度，這說明了將該方法應(yīng)用于水工閘門結(jié)構(gòu)的損傷識別中是可行而有效的，具有較好地應(yīng)用前景，也為解決水工鋼結(jié)構(gòu)的運(yùn)營安全評估及損傷識別問題提供了新思路。最后，為研究測量噪聲對損傷識別結(jié)果的影響，具體針對