基于应变模态变化率的钢筋砼框架损伤研究

论文摘要

钢筋混凝土框架结构由于具有整体性好,耐久性好,耐火性好等优点,已经成为目前应用最广泛的建筑结构形式之一。但是由于钢筋混凝土框架结构自重较大,抗裂性能差,一旦在使用过程中,由于环境、荷载等因素的作用,可能发生各种损伤,从而使结构无法满足使用功能的要求,甚至导致结构整体破坏。因此,对于钢筋混凝土结构是否发生损伤进行评估具有广泛而深远的意义,即利用定量方法确定损伤的存在、损伤的位置及损伤的程度,进而对结构整体状况进行总体评估。基于动力学的结构损伤诊断是目前国内外学者研究的热点之一。结构的动力特性只与其本身的固有性质有关,而与荷载等外界条件无关,因此通过分析结构固有的动特性(固有频率、阻尼、模态振型等),测试结构在动荷载作用下的响应,进而诊断结构损伤的位置及损伤程,从而对结构做出准确的安全评定。本文采用理论推导、数值仿真相互验证的研究方案。主要针对钢筋混凝土框架结构提出了一种新的损伤识别方法:基于应变模态变化率的损伤识别方法。旨在验证这种方法在钢筋混凝土框架整体体系损伤识别方面的敏感程度。本文的主要工作如下:(1)介绍了损伤识别技术在国内外的发展,对目前所采用的各种损伤识别方法的分类做了简单介绍,探讨损伤识别方法存在的问题和改进方法。(2)总结了基于频率、位移振型及应变模态的几种常见的结构损伤识别方法的基本原理,并给出采用这几种方法进行损伤识别的基本原理,比较其优缺点,并验证其对于框架结构损伤的识别能力及敏感程度。(3)介绍了基于应变模态变化率的结构损伤识别方法的基本原理,定义了应变模态变化率的概念,并推导了相关公式,从理论上确定应变模态变化率指标对于损伤识别的可行性。(4)以钢筋混凝土框架结构为研究对象,采用改变单元刚度的方法模拟结构损伤,应用应变模态方法、应变模态变化率方法和外激励作用下基于应变模态方法进行损伤识别的数值模拟,并进行比较。可得出结论:对于钢筋混凝土框架结构,应用应变模态法进行结构损伤识别,可以判断结构存在损伤,并且能够准确判断损伤位置,但无法判断损伤程度,需借助其他方法综合判定;应变模态变化率法其损伤识别的效果更好,更有利于具有复杂构件的整体体系的损伤识别和诊断。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 绪论
• 0.1 概述
• 0.2 结构损伤识别技术在国内外发展现状
• 0.3 损伤诊断方法发展现状
• 0.3.1 基于频率的损伤识别方法
• 0.3.2 基于位移振型的损伤识别方法
• 0.3.3 基于刚度矩阵的损伤识别方法
• 0.3.4 基于应力及应变的损伤识别方法
• 0.4 基于能量的损伤识别方法
• 0.5 其他损伤识别方法
• 0.5.1 灵敏度法（sensitivity 一based Method）
• 0.5.2 人工神经网络法
• 0.5.3 小波理论
• 0.6 损伤识别方法存在的主要问题及改进
• 0.7 本文主要研究内容
• 0.8 本章小结
• 第一章 基于应变模态变化率的损伤识别方法研究
• 1.1 基于应变模态变化率的损伤识别理论
• 1.2 基于应变模态变化率的框架结构有限元分析
• 1.2.1 框架结构刚度矩阵的推导
• 1.2.2 框架结构质量矩阵的推导
• 1.2.3 框架结构阻尼矩阵的推导
• 1.3 本章小结
• 第二章 基于结构动力特性参数的框架损伤识别数值分析
• 2.1 工程概况
• 2.2 基于固有频率的框架结构损伤识别研究
• 2.3 基于位移模态的框架结构损伤识别研究
• 2.3.1 单元节点发生损伤前后不同损伤量对框架柱构件位移模态的影响
• 2.3.2 单元节点发生损伤前后不同损伤量对框架梁构件位移模态的影响
• 2.3.3 1/4 梁发生损伤前后不同损伤量对框架柱构件位移模态的影响
• 2.3.4 1/4 梁发生损伤前后不同损伤量对框架梁构件位移模态的影响
• 2.3.5 1/4 柱发生损伤前后不同损伤量对框架柱构件位移模态的影响
• 2.3.6 1/4 柱发生损伤前后不同损伤量对框架梁构件位移模态的影响
• 2.4 基于应变模态的框架结构损伤研究
• 2.5 基于应变模态变化率的框架结构损伤研究
• 2.5.1 不同损伤量的节点单元损伤前后的应变模态变化率分析
• 2.5.2 不同损伤量的梁单元损伤损伤前后的应变模态变化率分析
• 2.5.3 不同损伤量的柱单元损伤损伤前后的应变模态变化率分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 外激励作用下基于应变模态变化率的框架结构损伤识别数值分析
• 3.1 工程概况
• 3.2 工况一作用下框架结构单元损伤前后的分析及结果
• 3.2.1 节点处发生损伤的结果及分析
• 3.2.2 1/4 梁处发生损伤的结果及分析
• 3.2.3 1/4 柱处发生损伤的结果及分析
• 3.3 工况二作用下框架结构单元损伤前后的分析及结果
• 3.3.1 节点处发生损伤的结果及分析
• 3.3.2 1/4 梁单元处发生损伤的结果及分析
• 3.3.3 1/4 柱单元处发生损伤的结果及分析
• 3.4 结论
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要