大跨度空结构损伤诊断研究现状分析.docVIP

大跨度空结构损伤诊断研究现状分析 　　[摘要]对大跨度空?结构进行损伤诊断是目前结构工程领域研究的热点和难点。在国内外有关文献信息基础上，分类评述了损伤诊断方法在空?结构中的应用及必威体育精装版的研究进展，并对该领域中在理论和实际应用中尚存在的问题进行了讨论，对今后的发展方向及趋势进行了展望。 　　[关键词]空?结构；损伤诊断；模型参数；诊断方法 　　中图分类号：TU375.4　文献标识码：A 　　 　　1、引言 　　 　　近几十年来，随着我国经济实力的增强和建筑技术水平的提高，许多大跨度空?结构陆续建成，在数量及规模上都处于世界领先水平。这些大空?建筑往往投资巨大，人群密集，其安全不仅维系着成千上万人的生命安全，而且还具有重大的社会影响。而网架结构在复杂的服役环境中受到计算荷载的作用以及各种突发性外在因素的影响而面临结构的损伤累积的问题，国内外网架结构的破坏及倒塌的例子时有发生。 　　结构损伤诊断是对结构进行检测与评估，以确定结构是否损伤进而判别结构目前的状况、使用功能和结构损伤的变化趋势，最终预测结构的剩余使用寿命。结构损伤诊断技术可以快速、准确地诊断出结构损伤的存在、位置及程度。用损伤诊断的方法对网架结构进行预警监测对于保证网架结构安全的重要意义。 　　 　　2、网架结构损伤诊断方法 　　 　　2.1　基于模态参数变化的网架结构损伤诊断方法 　　固有频率：固有频率是结构最基本的模态参数，具有容易获得、识别精度高等优点，结构损伤固有频率会下降。但它对微小损伤不是很敏感；而对结构损伤反应较大的高阶频率难于测到；无法诊断对称位置上的损伤。 　　振型：振型的测试精度较低，但是其包含较多的信息。主要是利用模态置信准则(MAC)、坐标模态置信准则(COMAC)以及损伤前后振型的变化来诊断结构的损伤。能够比较简单、容易地确定损伤。但问题在于：测量的网架结构的振型不完整，可能会缺少对损伤敏感的信息；振型的测量受噪声的影响很大；激励出网架结构的各阶振型也是比较困难的。 　　柔度矩阵：柔度矩阵与固有频率的平方成反比，对低阶模态的变化十分敏感。??于网架结构，由于高阶模态难以获得，应用这种方法便可以在一定程度上进行有效的损伤诊断。但对于大跨度的网架结构，往往某些高阶模态也有明显的作用，该方法也将不准确。 　　应变模态：应变模态对局部损伤敏感，但如果应变传感器偏离损伤区域，应变模态所包含的结构损伤的信息将减少，从而限制了这种方法的应用。 　　曲率模态：曲率模态属于承弯结构振动特性的特殊表现形式。可通过测量应变响应来换算曲率响应或利用结构的位移模态通过差分方法近似求出曲率模态。测量振型自由度过少造成了基于曲率模态变化的损伤诊断方法的识别精度很低。 　　应变能：当结构出现损伤时，其内部单元的模态应变能会发生变化，利用损伤前后单元应变能的变化作为损伤因子进行损伤诊断。基于模态应变能的方法对模态观测的精度、阶次和自由度有较高要求，且模态应变能法中损伤单元的刚度要用未损伤前的刚度代替，在网架结构的损伤诊断中有一定困难。 　　残余力向量：基于残余力向量的损伤诊断方法不需要无损时的模态信息。对于网架结构来说该方法是根据每个节点的各自由度对应的残余力，来判断结构的损伤部位，获得的是节点信息而非单元信息，且只有低阶振型能够粗略定位。 　　频响函数：结构频响函数包含了结构物理参数的所有信息，相对于模态参数来说，频响函数更直接、误差小、含有更丰富的原始数据信息。杨彦芳等，提出了以频响函数作为损伤诊断的基本参变量，利用主元分析和多元控制图来诊断网架结构损伤的方法。 　　 　　2.2　基于模型修正的网架结构损伤诊断方法 　　模型修正方法主要是利用试验获得的结构振动响应数据对物理参数矩阵进行修正得到一组新的矩阵，使其更好地与所测试验数据相匹配。 　　最佳矩阵校正法：主要有最小范数法和最小秩法。最小范数方法就是通过最小化结构参数增量矩阵范数的手段来进行模型修正的方法。不足之处是需要对整体参数矩阵进行修正，然而损伤往往只是集中在少数的杆件上。最小秩方法的是通过最小化结构参数增量矩阵秩的手段来进行模型修正的方法。缺点是每次最小化矩阵秩的过程中总是要求摄动矩阵的秩与参与剩余模态向量的模态数目相同，如果结构中存在多处损伤，则该方法可能失效。 　　灵敏度分析法：是将结构模态参数看作物理参数的函数，进行一阶或二阶泰勒展开，展开时要用灵敏度矩阵而得名。它可以识别出结构单元的损伤程度，但对于网架结构来说灵敏度法计算量特别大。Hemez等提出了一种基于单元参数的灵敏度分析方法，避免了对矩阵整体进行灵敏度分析的复杂性，提高了效率。 　　特征结构配置法：是利用一个虚拟的反馈控制器来控制求解结构的剩余模态向量使其最小化，进而得到修正的模型参数矩阵。如果结