基于模态分析的钢筋混凝土简支梁损伤识别研究

论文摘要

工程结构在各种环境和使用条件下常会遭受各种损伤,结构损伤识别问题就是要根据结构表现出的性态去判别结构损伤的出现、位置和程度。国内外学者做了大量工作,提出了一系列结构损伤识别方法,但基于模态分析的损伤识别法仍属于最普遍最基本的方法。本文研究了钢筋混凝土简支梁损伤的动力识别问题,对九根钢筋混凝土简支梁进行逐级加荷—卸荷试验,用大型智能信号分析与处理系统(DASP)对每次卸荷后的梁进行振动测试。通过模态分析,得到实验梁前三阶频率变化规律。利用ANSYS对不同损伤状况的简支梁的模态频率进行分析,结果表明在小损伤状态下,有限元分析结果与试验测试结果符合较好。由模态振型计算其相对变化率,表明振型的相对变化率可用于钢筋混凝土梁的损伤定位。但是,实验和有限元分析表明,如果两处损伤位置非常接近,小损伤的振型变化特征容易被大损伤掩盖,从而不能有效识别出小损伤。利用中心差分法,由梁的位移振型模态得到梁的曲率模态,曲率模态能较为准确地识别钢筋混凝土简支梁的损伤,对钢筋混凝土梁的微小损伤较为敏感。曲率模态不需要结构的初始模态参数便可识别损伤,还可用它对结构的多位置损伤进行识别。将噪声影响引入模态振型中,运用ANSYS软件,分析了不同的噪声条件对损伤识别效果的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 基本原理
• 1.3 基于振动的结构损伤识别技术研究现状
• 1.3.1 基于结构固有频率变化的损伤识别方法
• 1.3.2 基于结构固有振型变化的损伤识别方法
• 1.3.3 基于结构柔度变化的结构损伤识别方法
• 1.3.4 基于频响函数（传递函数）的结构损伤识别方法
• 1.3.5 基于残余力向量的损伤识别技术
• 1.3.6 基于刚度变化的损伤识别技术
• 1.3.7 小波变换法
• 1.3.8 基于神经网络与遗传算法的指纹识别法
• 1.4 结构损伤动力识别存在的问题
• 1.5 本文研究的主要内容
• 2 钢筋混凝土简支梁损伤试验研究
• 2.1 试验方案
• 2.1.1 测点选择
• 2.1.2 传感器布置
• 2.1.3 加载方案
• 2.1.4 信号采集过程
• 2.2 试件设计
• 2.3 模态分析方法选择
• 2.4 试验结果与数据处理
• 3 基于频率的损伤识别
• 3.1 试验频率分析
• 3.2 损伤梁频率变化规律
• 3.3 简支梁损伤的有限元分析
• 3.4 本章小结
• 4 基于振型的损伤识别
• 4.1 基于原始振型的损伤识别
• 4.2 基于振型变化的损伤识别
• 4.3 振型相对变化率的有限元模拟
• 4.4 本章小结
• 5 基于曲率模态的损伤识别
• 5.1 基本原理
• 5.2 动力响应与曲率模态的关系
• 5.2.1 结构有限元动力响应分析
• 5.2.2 动力响应与曲率模态的关系
• 5.3 简支梁曲率模态试验分析
• 5.3.1 同一截面不同损伤程度的识别结果比较
• 5.3.2 不同阶模态对相同位置损伤的比较
• 5.3.3 多位置的结构损伤识别
• 5.3.4 测点数对损伤识别效果的影响
• 5.4 曲率误差分析
• 5.4.1 实验模态误差分析
• 5.4.2 有限元模拟误差与损伤分析
• 5.5 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢