剪切型框架結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)的數(shù)值與試驗(yàn)研究.pdf

1、對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)和損傷檢測(cè)能夠有效防止災(zāi)難性失效的發(fā)生，而且盡早地發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷能夠大幅地降低結(jié)構(gòu)維護(hù)費(fèi)用。因此，近年來，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)和損傷檢測(cè)成為結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文在國(guó)家自然科學(xué)基金（No.50378041）、教育部博士點(diǎn)基金（No.20030487016）以及華中科技大學(xué)優(yōu)秀博士學(xué)位論文基金資助項(xiàng)目（No.2003-21）的資助下，針對(duì)多層剪切型框架結(jié)構(gòu)，運(yùn)用了先損傷定位、然后識(shí)別損傷大小的兩步法來進(jìn)行損傷檢測(cè)。首先對(duì)結(jié)構(gòu)

2、的模態(tài)參數(shù)進(jìn)行敏感性分析；然后結(jié)合敏感性分析的結(jié)果，僅利用結(jié)構(gòu)一階振型斜率的改變確定損傷位置；最后利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷大小進(jìn)行識(shí)別。 本文在如下幾個(gè)方面進(jìn)行了理論、數(shù)值與試驗(yàn)研究，并取得了一些研究成果： 1）針對(duì)剪切型框架結(jié)構(gòu)，從固有振動(dòng)方程出發(fā)，結(jié)合結(jié)構(gòu)的剛度矩陣特性，導(dǎo)出了結(jié)構(gòu)固有頻率、振型、振型斜率對(duì)損傷的敏感性系數(shù)表達(dá)式。通過結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)的敏感性分析，能夠發(fā)現(xiàn)各種模態(tài)參數(shù)的敏感性隨模態(tài)階數(shù)的變化規(guī)律以及對(duì)

3、不同位置損傷最為敏感的模態(tài)參數(shù)，這為隨后的損傷定位和損傷大小識(shí)別作了準(zhǔn)備。 2）提出了基于結(jié)構(gòu)一階振型斜率改變的損傷定位方法，即對(duì)于剪切型框架結(jié)構(gòu)，在單損傷的情況下，損傷層的一階振型斜率改變必然大于0，并在理論上證明了這一結(jié)論。結(jié)構(gòu)發(fā)生的多損傷造成的結(jié)構(gòu)振型斜率變化會(huì)相互影響，這將會(huì)導(dǎo)致根據(jù)前面提出的結(jié)構(gòu)一階振型斜率變化來判別損傷位置出現(xiàn)可能失效的情況，基于此，本文結(jié)合敏感性分析的結(jié)果，提出了通過迭代計(jì)算消除多損傷引起的結(jié)構(gòu)振型

4、斜率變化相互影響的方法，從而解決了多損傷情況下的損傷位置識(shí)別問題。 3）一旦損傷位置確定后，將運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷大小的識(shí)別。利用結(jié)構(gòu)頻率測(cè)量較準(zhǔn)確的特點(diǎn)，結(jié)合敏感性分析結(jié)果，選取若干階能夠較敏感地反映結(jié)構(gòu)各處損傷的低階頻率改變率作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，從而提高了網(wǎng)絡(luò)輸入向量選擇上的目的性。 4）10層剪切型框架結(jié)構(gòu)數(shù)值模型的模態(tài)參數(shù)敏感性分析表明，對(duì)于絕對(duì)敏感性系數(shù)，高階模態(tài)參數(shù)比低階模態(tài)參數(shù)對(duì)損傷更敏感，振型斜率

5、的敏感性高于振型的敏感性。對(duì)于相對(duì)敏感性系數(shù)，同一階頻率對(duì)不同處損傷的敏感性及不同階頻率對(duì)同一處損傷的敏感性均不相同，可通過敏感性分析，獲得若干階能夠較敏感反映結(jié)構(gòu)各處損傷的低階頻率，這些頻率的變化將作為檢測(cè)結(jié)構(gòu)損傷發(fā)生或損傷程度的數(shù)據(jù)。振型和振型斜率相對(duì)敏感性系數(shù)絕對(duì)值的最大值一般發(fā)生在最靠近振型節(jié)點(diǎn)的自由度處和振型斜率絕對(duì)值最小處，因此，損傷后振型和振型斜率變化率絕對(duì)值的最大值發(fā)生位置不能直接反映損傷位置。 5）對(duì)于10層剪

6、切型框架結(jié)構(gòu)數(shù)值模型所討論的三種損傷工況，通過采用本文提出的改進(jìn)的基于一階振型斜率改變的結(jié)構(gòu)損傷定位算法，成功地識(shí)別出了所有損傷位置。判別出結(jié)構(gòu)損傷位置后，結(jié)合敏感性分析的結(jié)果，選取結(jié)構(gòu)前幾階頻率的變化率作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，準(zhǔn)確地對(duì)各種損傷工況的損傷大小進(jìn)行了識(shí)別。 6）應(yīng)用本文中提出的方法，對(duì)一個(gè)3層的框架試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行了研究。模態(tài)參數(shù)敏感性分析結(jié)果與前面的數(shù)值分析結(jié)果類似，高階模態(tài)參數(shù)比低階模態(tài)參數(shù)對(duì)損傷更為敏感，不同階頻率對(duì)