基于波動(dòng)理論的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別.pdf

1、近年來，世界范圍內(nèi)地震頻發(fā)，嚴(yán)重地威脅到了人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全。而震后及時(shí)檢測(cè)結(jié)構(gòu)的損傷并評(píng)估其潛在的倒塌風(fēng)險(xiǎn)，可以有效降低人民生命財(cái)產(chǎn)損失。當(dāng)然，及時(shí)評(píng)估結(jié)構(gòu)的安全性也可以避免震后的無意義疏散，保障醫(yī)院等震后非常重要的結(jié)構(gòu)的正常運(yùn)營(yíng)。地震作用下結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別研究很早就成為土木工程領(lǐng)域中研究的一個(gè)重要課題，但是大多數(shù)的研究都集中于分析結(jié)構(gòu)的模態(tài)信息，而基于波動(dòng)理論的損傷識(shí)別研究相對(duì)較少，已有的一些研究已經(jīng)表明基于該方法提出的損傷指標(biāo)具有

2、物理意義明確、對(duì)損傷敏感性較強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。因此，論文從結(jié)構(gòu)在地震作用下的波動(dòng)解法入手，以剪切波速為指標(biāo)，研究結(jié)構(gòu)在地震作用下的損傷識(shí)別，主要工作和結(jié)論包含以下幾個(gè)方面：
　　①基于波動(dòng)的觀點(diǎn)，分析了地震作用下結(jié)構(gòu)不同層動(dòng)力反應(yīng)之間的關(guān)系；分別推導(dǎo)了剪切梁和Timoshenko梁波動(dòng)方程的解，闡述了脈沖響應(yīng)函數(shù)和傳遞函數(shù)的定義及計(jì)算公式，并對(duì)剪切梁脈沖響應(yīng)函數(shù)的解析公式進(jìn)行了推導(dǎo)。
　?、诎炎R(shí)別結(jié)構(gòu)剛度損傷的問題轉(zhuǎn)化為識(shí)別結(jié)構(gòu)的剪

3、切波速的問題，并采用兩種不同的方法（互相關(guān)函數(shù)法和脈沖響應(yīng)函數(shù)法）識(shí)別結(jié)構(gòu)的剪切波速；互相關(guān)函數(shù)法基于金井清公式，直接對(duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行互相關(guān)分析，從而得到響應(yīng)之間的延時(shí)，進(jìn)而得到結(jié)構(gòu)的剪切波速；而脈沖響應(yīng)函數(shù)法則基于剪切梁脈沖響應(yīng)函數(shù)的解析公式，通過分析脈沖響應(yīng)函數(shù)中峰值的偏移來得到響應(yīng)之間的延時(shí)得到結(jié)構(gòu)的剪切波速；將兩種方法應(yīng)用于兩個(gè)實(shí)際結(jié)構(gòu)和一個(gè)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，結(jié)果證明兩種方法能準(zhǔn)確識(shí)別結(jié)構(gòu)剪切波速的變化趨勢(shì)；最后，對(duì)記錄采樣率

4、對(duì)識(shí)別結(jié)果的影響進(jìn)行了分析，并以一實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行了驗(yàn)證，證明在一定范圍內(nèi)提高采樣率可以降低識(shí)別誤差。
　　③采用模型擬合的方法來識(shí)別結(jié)構(gòu)的剪切波速；以模型預(yù)測(cè)的脈沖響應(yīng)函數(shù)和實(shí)際脈沖響應(yīng)函數(shù)之間的誤差作為最優(yōu)化指標(biāo)，分別采用剪切梁模型和Timoshenko梁模型來擬合結(jié)構(gòu)在地震作用下的動(dòng)力響應(yīng)，誤差最小時(shí)模型的剪切波速即為結(jié)構(gòu)的剪切波速；通過兩個(gè)實(shí)際結(jié)構(gòu)和一個(gè)振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明兩種方法都能有效識(shí)別結(jié)構(gòu)的損傷，并與互相關(guān)函數(shù)法和脈沖響

5、應(yīng)函數(shù)法的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比，分析了不同方法的適用范圍；最后，對(duì)基于Timoshenko梁模型擬合的方法進(jìn)行了改進(jìn)，提出了多步細(xì)化識(shí)別策略，并合理的縮減了模型待識(shí)別參數(shù)，從而有效提高識(shí)別方法的效率。
　　本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)包括：
　?、倩诓▌?dòng)觀點(diǎn)提出了以剪切波速為指標(biāo)、直接基于結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)記錄的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法。
　　②采用兩種梁模型來擬合結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)，通過最小化模型與實(shí)際結(jié)構(gòu)之間的誤差來識(shí)別結(jié)構(gòu)剪切波速，進(jìn)而判斷結(jié)構(gòu)損