混凝土梁结构损伤识别理论与试验研究

基于模态应变能理论,得到能用于混凝土梁结构损伤的识别指标.假定结构存在不同位置和不同程度的损伤,运用数值计算及试验所测数值结果,得到梁损伤前后的前五阶模态,然后再运用计算机软件编程计算结构的各单元的损伤指标.数值模拟及试验结果表明,损伤指标在损伤单元处的数值是最大的.因此,采用本文提出的损伤指标,对混凝土梁结构进行损伤定位识别是可行的.     

基于模态应变能法的混凝土梁桥结构损伤识别研究

基于模态应变能理论,得到能用于混凝土桥梁结构损伤的识别指标.假定结构存在不同位置和不同程度的损伤,运用Ansya软件进行有限元分析,得到混凝土桥梁损伤前后的前5阶模态,然后再运用计算机软件编程计算结构的各单元的损伤指标.数值模拟结果表明,损伤指标在损伤单元处的数值是最大的.因此,采用所提出的损伤指标,对混凝土桥梁结构进行损伤定位识别是可行的.     

基于模态应变能法识别板类结构损伤的数值研究

应用模态应变能理论得到了能用于板类结构损伤的识别指标．假定结构存在不同位置和不同程度的损伤，运用Ansys进行有限元分析，得到板损伤前后的前五阶模态．然后再运用Mathematics软件，编程计算结构的各单元的损伤指标．数值模拟结果表明，损伤指标在损伤单元处的数值是最大的．因此，采用本研究提出的损伤指标，对板类结构进行损伤定位识别是可行的．     

简支梁损伤的模态曲率差值试验分析

在模态曲率差理论的基础上,运用采集和实时分析软件DASP得到结构位移模态分析数据,分析不同损伤状况下简支梁结构的模态曲率差曲线及损伤前后结构的固有频率.试验结果表明:模态曲率差指标能很好地识别出单个单元损伤和多个单元的损伤位置;单点或多点损伤的一阶模态曲率差值曲线的识别效果较为准确,损伤程度与曲线峰值的大小能够相对应,一阶模态曲率差曲线对损伤位置敏感性较强;该方法的进一步完善使得对大型结构进行无损检测成为可能.     

基于单元应变能变化率的结构损伤识别方法

针对梁类结构,根据单元损伤前后的模态应变能变化率,推导了新的损伤位置识别指标,并利用结构在损伤前后模态应变能变化与频率变化的关系提出了损伤程度评估指标.悬臂梁的数值模拟分析结果显示:损伤位置识别指标在损伤单元对应的结点处呈现显著的正号峰值,能够清楚地指示损伤位置;损伤程度识别指标对于单一损伤工况的损伤程度估算结果较接近于实际损伤程度,但对于多点损伤工况的损伤程度估计值偏小.所提出的损伤指标仅根据结构损伤前后的低阶模态频率和模态曲率即能达到较好的损伤识别效果,可应用于实际结构中.     

考虑比例阻尼影响的梁式结构损伤识别方法

为了研究阻尼对梁式结构损伤识别结果的影响、提高损伤诊断和安全评估的精度,将梁式结构简化为比例阻尼系统,推导出基于单元模态应变能一阶灵敏度的解析表达式,建立了考虑比例阻尼影响的梁式结构损伤方程组及其损伤识别方法.采用混凝土简支梁数值算例模拟了6种小损伤工况,损伤识别结果表明:基于单元模态应变能一阶灵敏度的损伤指标能够识别出小损伤位置和损伤程度,最大相对误差不超过10%.分别采用包含不同位置损伤的实验室简支钢梁模型组和一座有实测损伤的梁桥验证所提方法的可行性.研究结果表明:考虑比例阻尼影响时,基于单元模态应变能的损伤识别方法可以识别出梁式结构小损伤和多损伤.     

基于多尺度模型修正的结合梁斜拉桥损伤识别方法

以灌河大桥为工程背景,提出了基于多尺度有限元模型修正的结合梁斜拉桥损伤识别方法.首先基于现场环境振动试验结果和两阶段响应面方法对初始多尺度模型进行修正,并将修正后模型定为原始未损伤状态;进而,利用多尺度模型修正方法对结构不同部位不同程度的损伤进行识别,并探讨了模态曲率损伤指标和单元模态应变能损伤指标对不同结构尺度损伤的敏感性.分析结果表明:在不考虑噪声干扰情况下,模态曲率和单元模态应变能指标对精细小尺度单元区域主梁微小(1%)损伤均较为敏感,可识别出结构的损伤位置,而对大尺度单元区域的损伤敏感性略低;在考虑噪声干扰情况下,精细小尺度单元区域比大尺度单元区域在损伤识别方面的抗噪性更好,且模态应变能损伤指标的抗噪性略优于模态曲率损伤指标.故而提出的多尺度建模及其损伤识别方法具有应用到实际工程中微损伤识别的潜力,并为大跨结构损伤预后奠定了基础.     

基于有限元与小波变换的弹性地基梁损伤识别方法研究

采用转角模态的小波分析方法研究了带刚度下降损伤段的弹性地基梁损伤识别问题.利用有限元分析求解带刚度下降段的模态参数,建立了基于转角模态小波变换识别弹性地基梁损伤的方法.以两端简支弹性地基梁为例,分别给出了地基梁无损伤、梁单独损伤、梁和弹簧同时损伤且损伤位置不同的有限元模型,计算得到了结构的转角模态,并通过转角模态小波分析来识别弹性地基梁内刚度下降段的位置.从识别结果发现,存在随机噪声的情况下,运用了转角模态小波变换方法,仍能识别出地基梁的刚度变化截面.数值算例证实了该方法的有效性和稳健性,研究结果对实际工程中的结构损伤诊断提供参考.     

基于摄动理论的压电阻抗损伤识别分析

结合摄动理论和压电阻抗技术监测结构的损伤的发生和定位.本文利用一阶摄动方法获得了受损简支梁的特征值和模态振型的解析表达式.通过受损梁的模态振型得到了受损梁的阻抗,结合PZT与结构的压电耦合电导纳公式得到受损梁的电导纳信号,采用CC损伤指标评定结构的损伤程度.以一个受损简支梁为数值算例,计算了不同损伤条件下其电导纳信号和损伤指标的变化.当结构损伤位置同PZT之间的距离相同情况下,PZT的CC指标随损伤程度增加有减小的趋势;结构损伤程度相同的情况下,各损伤工况下的RMSD指标随损伤位置与PZT之间的距离的增加有减小的趋势.     

基于振型导数的混凝土梁损伤识别方法

基于弯曲梁横向振动理论,得到常数因子a4,它是振型的四阶导数与振型的比值.不同区域常数因子a4的不同意味着局部刚度的改变,局部刚度的改变意味损伤的存在,因此可将常数因子a4可以作为损伤指标.运用ANSYS软件对局部损伤的钢筋混凝土梁进行数值仿真,得到前四阶模态振型,然后进行数值分析.结果表明,基于振型导数的损伤指标可以对混凝土结构进行损伤定位和损伤程度的识别.     

基于小波分析和遗传算法的结构损伤诊断

提出了小波-遗传算法的概念,建立了一种既能识别结构损伤位置、又能确定损伤程度的小波-遗传算法。首先,以有限元分析求解损伤结构振型模态为基础,用db1小波做连续小波变换,由小波系数模极大值识别损伤的位置。然后,以单元刚度的折减系数为遗传算法的优化变量,用振型和频率的误差函数加权来构造目标函数,并通过损伤位置的确定来简化目标函数的变量,再用遗传算法对目标函数进行优化,从而确定结构的损伤程度。通过对一简支梁进行数值模拟分析,计算结果表明,提出的方法不仅能够有效识别损伤的位置,而且能够准确识别损伤程度。     

基于小波包分析的结构实时损伤报警数值研究

研究了基于小波包分析的结构实时损伤报警技术．利用小波分析优良的时一频局部化特性对结构振动信号进行精细分析，从而能实时地实现结构损伤报警．以简支梁裂缝为例，将环境振动信号采用小波包分解后得到小波包能量谱，采用基于Monte-Carlo方法计算得到的能量谱极值指数和变异指数2个指标作为筒支梁裂缝损伤报警的判据．该技术不需要对整体结构进行计算分析，只需要环境振动信号．计算机数值模拟表明该技术能较为敏感地发现简支梁的微小损伤，从而证实了该技术的可行性．     

基于模态曲率相关性分析的结构损伤定位方法研究

基于对灰色相关性分析在结构损伤中的已有研究,对基于灰色模态曲率相关性分析的动力损伤识别技术进行了深入研究,首次提出了基于一阶振型数据的损伤定位敏感因子一模态曲率置信因子（MDCAC）,通过该参数的变化曲线,就可以根据不同节点在损伤前、后的模态曲率因子的大小实现对结构的损伤定位。通过悬臂梁的数值分析,验证了模态曲率置信因子（MDCAC）是一个对损伤极为敏感的参数,该参数不仅对单损伤可以准确定位,对于相邻的多损伤、不相邻的多损伤都可以精确识别,即使是小到1％的微损伤也可以通过该参数的变化曲线对损伤单元准确识别。运用该因子进行损伤定位时,只需结构的一阶振型数据,而且不论数据量的多少,该因子都能对损伤单元进行准确的定位,因此该方法在大型结构及复杂结构的损伤识别中具有广阔的应用前景。     

多梁式桥梁检测的叠加曲率模态差变化率方法

鉴于应用曲率模态的桥梁损伤识别研究大多以一维单梁式结构为研究对象,提出利用G-M法的思想并基于薄板振动理论将多梁式结构转化为正交异性板后,类比梁弯曲理论得到该结构两正交方向曲率表达式,通过分析采用单阶曲率模态差指标进行桥梁损伤识别的不足,考虑利用多阶曲率模态变化率叠加指标进行损伤识别,最后采用有限元软件Ansys建立桥梁模型计算单位置、多位置不同损伤程度的多种工况。Matlab绘图结果表明:沿桥梁纵向叠加指标识别更为精确,对未损伤位置数据扰动更小,指标独立性高,可利用该指标进行多梁式结构的损伤定位。     

基于小波奇异性的梁结构损伤评估方法研究

通过一个简支梁的数值模拟,根据小波奇异性检测原理,利用两种方法对梁的损伤进行诊断,提出了利用Gaus1小波进行梁结构的损伤诊断方法.首先利用Gaus1小波对转角进行小波变换,对简支梁结构的振型求一阶导数,得到转角,再确定损伤位置、损伤程度与Lipschitz指数的关系,并与利用Gaus2小波对振型直接进行小波变换的方法进行比较研究,发现第一种方法在损伤定位、模极大值线的求取方面比后者优越.所提出的Gaus1小波方法可以对实际梁结构进行有效的损伤诊断,这将为小波理论的深入研究提供一种新的思考问题思路和方法.     

基于附加质量的梁损伤识别影响因素分析

为了提高基于附加质量的梁结构损伤识别精度,对附加质量影响因素进行了综合分析。根据梁结构损伤识别的附加质量法,建立梁结构有限元模型,并计算其损伤部位以及损伤程度,同时研究附加质量的大小、数目及位置对结构损伤识别的影响。在验证附加质量法对梁结构损伤识别有效性的基础上,采用不同的质量块附加在梁结构的不同位置进行损伤识别,由得到的损伤识别结果计算损伤识别误差。研究结果表明:附加质量后损伤识别精度有较大提升,有效降低了识别误差;随着损伤程度的增加,识别误差在逐渐增大,附加质量法对小损伤具有较好的识别效果;附加质量的大小和数目是提高梁结构损伤识别精度的主要因素,附加质量的位置对损伤识别结果的影响也不容忽视。     

基于改进解析冗余度的损伤识别方法

提出一种采用无损指标和损伤指标相结合进行损伤识别的改进解析冗余度方法。该方法通过剔除求解方程组中与损伤单元相关的方程,补充与损伤单元无关的方程,构造出新的求解方程组进行求解。在新模型中,与损伤单元无关的约束条件构成无损指标,相关的约束条件则构成损伤指标。同时,采用结构无阻尼振动方程建立约束满足问题模型,提出了改进解析冗余度方法在结构动力测试方面的理论。通过数值算例验证所提出方法在结构静动力方面单、多损伤识别的有效性,也证明了该方法在一定数据误差及模型误差下的适用性。最后,设计了钢梁静、动力试验。试验结果显示,所提出的方法能够定位结构较小的损伤,并且损伤指标较为明显。该方法在梁式结构的损伤识别和安全评估中具有一定的工程实用性。