基于振动特性的结构损伤识别方法与试验研究

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随着社会的发展、科技的进步,现代工程结构向着大型化、复杂化的方向发展。复杂的服役环境使结构的运行安全日益遭受潜在的威胁,大型复杂结构一旦发生事故,所带来的损失和影响都是惊人的。因此对结构的健康状况进行适时的评估变得尤为重要,利用结构动力特性的改变对损伤进行识别,已经成为一个受到广泛关注的研究方向。本文对基于结构动力特性的结构损伤识别方法进行了综述,指出了现有基于结构振动特性的损伤识别方法存在的一些问题。详细介绍了结构损伤识别精度较高的基于曲率模态损伤识别方法的原理,并通过一维模型和实体模型的数值损伤识别模拟,分析了理论损伤识别和实际结构损伤识别之间的差异,得出了采用该方法识别损伤时,梁跨中部分识别结果和理论值近似,支座处识别结果与理论值存在较大误差的结论。针对实际结构支座处损伤识结果与理论值存在误差的情况,提出基于轴向振动的损伤识别方法。该方法以结构轴向振动低阶模态振型的二阶导数为损伤指标,无需结构损伤前的完好动力指纹。数值模拟结果表明,该方法既能够精确定位损伤又能对损伤程度进行标定。通过对两根方钢管的损伤识别试验表明,该方法损伤识别是可行的。通过建立梁振动加速度与曲率的数学关系,并根据刚度、曲率和加速度的关系提出了一种新的结构损伤识别方法,该方法仅需结构振动时的加速度信号。理论上,该指标对损伤的敏感程度高于曲率模态指标。数值模拟表明,该方法能够对损伤精确定位和标定。该方法直接使用结构振动加速度信号,避免了测量结构频率和振型,降低了损伤识别工作量。最后,针对现有结构大型复杂化的发展趋势和现有检测方法难以识别大型结构损伤的不足,在本文提出的损伤识别方法的基础上提出了一种高层框架分步损伤识别方法。将损伤识别过程分为2个阶段,第一阶段确定损伤所在的楼层,第二阶段确定损伤的构件和损伤的位置。数值模拟结果显示,该方法能够很好的定位损伤。
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