利用模态应变能变化率识别框架结构的损伤.pdf免费

第十届全闲现代结构T程学术研讨会 利用模态应变能变化率识别框架结构的损伤 赵金鑫一 李永梅Ⅵ (1．北京工业大学工程抗震与结构诊治北京市重点实验室，北京100124； 2．北京工业大学城市与工程安全减灾省部共建教育部重点实验室．北京100124) 提要：对具有一定程度损伤的框架结构来说，频率、模态位移等动力检测指标难以有效地反映结构的损伤状况。为了提高 诊断效率。将结构损伤的单元模态应变能变化率作为框架结构损伤定位的动力检测指标。通过对一个典型框架结构 的数值模拟研究表明：该方法仅需第一阶模态参数，无论是单一位簧损伤，还是多种损伤共存。均具有损伤定位的 能力。通过与模态振型和自振频率等损伤指标的对比分析，模态应变能变化率损伤指标的数值模拟分析研究，显示 了该指标检测损伤的有效性和优越性。 关键词。框架结构，损伤诊断，模态应变能变化率。振型 一、引言 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。基于模态应变能的结构无损检测方法 是目前国内外学者进行研究的热点之一。本文通过对一个典型框架结构进行损伤识别的数值模拟研究表明： 基于单元模态应变能变化率的方法，仅需第一阶模态参数，无论对单一位置损伤，还是多种损伤共存，均 具有损伤定位的能力。 二、单元模态应变能变化率损伤诊断的理论基础 模态应变能法其基本思想是将结构分解为一系列的单元， ^ 计算结构损伤前后每个单元的模态应变能变化，而部分模态振 型在结构损伤附近发生局部突变，故模态应变能在结构中的分 嘭 、 。 布将发生变化，因此，对比损伤前后的模态应变能，通过模态 吃 应变能变化率可以判断损伤的位置，且其数值大小随损伤程度 的增加而增大，故可利用模态应变能变化率来定性的反应单元 l 的损伤程度。 y 如图l所示，采用两节点空间梁单元，Z为梁单元的长度， 由单元两端节点位移与转角和损伤前的单元刚度求得杆单元模 图1 空间梁单元 态应变能。定义结构破损前后，第j『个单元关于第f阶模态的 单元模态应变能(MS日如下：如下g 2010年北京工业大学“城市与工程安全减灾”教育部重点实验室、“工程抗震与结构诊治”北京市重点实验室面上项目． 第十届全困现代结构工程学术研讨会 MSEq={中，)r[K『】{①，)Mse,；={①?}r【K，】{西?) (1) 式(1)中，上标“d”表示结构破损，{巾；}是整体坐标系下单元节点位移与转角向量，为正则化的模态 振型，无需对此振型进行质量归一化，{由一}=【№Vk仇聊Ⅵ鲥1：【K】是整体坐标系xOy下单元的刚度 矩阵。 若单元无破损时，则在破损前后其单元刚度不变：若单元有破损时，破损后的单元刚度矩阵未知，这 里用破损前的单元刚度来代替，其单元模态应变能的变化率对破损比较敏感【2l。故定义单元模态应变能在 损伤前后的变化率为损伤检测指标，即： (2) MSECR