论文摘要
结构损伤指工程结构存在和发生影响结构完成预定功能的缺陷。结构损伤诊断是对结构进行检测与评估,确定结构是否存在损伤,分析判别损伤的程度与部位,并对故障的状况和趋势进行评估。传统的结构可靠性是通过设计来保障的,但是结构设计并不能保障结构在使用阶段的可靠性,因为许多结构由于设计不当或建造问题和不适宜现行规范,或者因在多年的使用过程中由于恶劣的环境——风、地震和超过使用荷载导致结构老化和恶化,从而使结构的安全受到威胁。如何科学、有效、可靠地检测损伤的出现、分布和程度是结构损伤诊断研究的科学问题,也是近代结构工程界普遍关注和研究的学科前沿课题。本研究阐述了现阶段结构损伤识别技术的国内外研究现状,介绍了各种结构损伤识别技术的理论与研究方法,并开展了利用模态参数对梁、板和网架进行结构损伤识别的理论和实验研究。论文首先论述了结构振动的曲率模态与位移模态和应变模态之间的相互关系,以及曲率模态、位移模态和应变模态各自对结构损伤识别的应用基本方法,证明了曲率模态对结构损伤位置的敏感特性。在此基础上提出了结构损伤识别的分阶段方法：即第一阶段在曲率模态概念基础上计算曲率模态指标(CMI),进而根据CMI的值进行损伤定位,CMI对局部损伤非常敏感而且与结构的几何坐标关联,所以CMI非常适合损伤定位,但是CMI只能判断出可能存在损伤的相对大小,而无法估计出损伤的程度；第二阶段,在损伤定位的基础上,为了更准确的判定损伤的具体程度,以应变能的概念为基础,计算单元的应变能模态矩参数(MMI),根据模型结构与实测结构单元模态矩参数(MMI)的对比估计出损伤测段的损伤程度。论文针对梁、板和网架结构的分阶段损伤识别的具体实施方法进行了论述,通过有限元方法对完好结构和受损结构进行了数值模拟,然后将有限元程序模态分析中提取的模态数据输入到MATLAB编写的损伤识别程序计算CMI和MMI,对损伤进行定位并估计损伤程度。最后,通过数值模拟,对影响损伤参数识别结构的因素进行探讨,并对典型工况下的损伤进行识别,验证方法的可行性和准确性。通过对简支钢板梁的损伤识别进行实验研究,验证了该识别方法的有效性。实验对钢板梁的5种实际损伤通过振动测试实验获取结构振型,将所得的振型应用CMI和MMI的计算程序分析得到识别结果。结果表明：该结构损伤检测方法不但可以精确定位结构损伤,同时还能够针对具体损伤位置给出损伤程度估计值。