钢筋混凝土梁基于非线性振动特征的损伤识别分析-结构工程专业论文.docxVIP

重庆大学硕士学位论文 2 混凝土梁非线性振动理论与信号识别  PAGE 92  PAGE 91 性被改变开始，进一步发展到构件及结构体系层面上的损伤；在时间尺度上表现为损伤 可由疲劳、锈蚀、混凝土碱骨料反应等慢性破坏长时间逐步累积起来的损伤，也可由地 震、外来撞击、爆炸等突然发生的损伤。按其影响程度的不同，可分为轻微损伤、损伤、 严重损伤。从广义地讲，损伤包括非受力损伤及受力损伤。对于混凝土结构，非受力损 伤主要是指施工过程中带来的缺陷和不足，以及使用过程中因周围环境的温度、湿度、 侵蚀性介质腐蚀等非受力因素造成的损伤，如混凝土的开裂和碳化、钢筋的锈蚀等；而 受力损伤是指结构或构件在使用过程中因受力而产生的裂缝的出现与开展，钢筋与混凝 土间的滑移以及塑性变形的发展等现象。 从结构损伤识别的目的和用途来看，大致可以分成四个阶段： ①通过局部或整体检测手段探测损伤的存在，即结构是否发生了损伤； ②进一步利用局部检测手段对结构的损伤进行定位； ③建立损伤量化指标，对局部损伤进行量化； ④评估结构的剩余使用寿命，这也是损伤探测的最终目的。 1.2.2 结构损伤识别的方法 现有损伤识别方法本身可分为局部方法和整体方法；按照损伤识别所需特征量是否 依赖结构模型，可分为有模型方法和无模型方法；从识别策略上又可分为无反演的损伤 识别方法和有反演的损伤识别方法。无反演损伤识别方法的基本原理是：结构的响应（固 有频率、模态振型、应变、位移以及相应的派生信息）是结构物理特性（刚度、质量、 阻尼和边界条件等）的函数，因而结构参数的改变会引起结构响应的变化，通过将测量 得到的结构响应与基准结构响应相比较，可以获得结构关键参数的相关信息，进而实现 结构的损伤识别。其基本思想是：可以通过损伤导致的结构响应改变构造合适的损伤标 识量，进而实现结构的损伤识别。无反演的损伤识别方法主要可以分为损伤模式匹配法 和损伤敏感因子法。按照损伤判定的确定性性质的不同，当前发展的损伤识别方法可分 为确定性方法和不确定性方法两大类。传统的确定性损伤识别方法根据结构参数识别结 果与其设计基准值的直接对比判别损伤的位置和程度，在识别得到的结构参数小于初始 设计基准值时即认为结构发生损伤。当前的损伤识别方法大多属于确定性方法。但是由 于受环境的干扰和测试系统本身误差的影响，损伤识别结果存在明显的不确定性。 1.2.3 结构损伤识别研究的难点 目前虽然损伤识别研究取得了一定的进展，提出了较多的损伤识别方法，但由于问 题本身的难度和复杂性，当前的方法大多仅能实现前 3 个阶段的识别，对于大型复杂结 构的损伤识别则仅在前 2 个阶段取得了一定进展，同时具备上述 4 个阶段的完整意义上 的损伤识别方法目前尚未见到相关报道。尽管至今对结构健康监测和损伤识别已进行了  大量的研究，但是在实际结构应用中，目前尚难以利用监测系统获得的信息来正确诊断 结构的健康或损伤状态。事实上，即便只是针对“损伤是否发生”的准确判断也常常是 非常困难的，就目前研究现状而言，损伤识别还存在以下几个方面的技术难题： ①局部损伤不敏感：一般来而言损伤是局部现象，其损伤只对反映结构局部振动特 性的高阶模态响应有较为显著的影响。而在实际工程损伤识别中，高频振动难以激励出 来，所以损伤识别通常利用的低频整体振动响应，而低频信号一般对结构的早期损伤不 敏感，造成了识别的难度。 ②结构运营环境条件的影响：结构的响应与环境和运营条件有关，即使处于正常状 态的结构，结构响应观测数据也会由于温度、湿度等外部环境条件以及车辆、风载、光 照等因素的变化而在一个较宽的范围内变动。而现有的损伤识别方法，无论是基于模型 的还是基于特征的，普遍很难辨识出传感器所测信号的改变是结构本身的变化引起的还 是环境或者是运营条件改变引起的。 ③建模误差：在利用模型进行模拟时，无论是利用有限元建模或者是实验，由于材 料的离散、本构关系的不准确、构造过程的不确定、边界条件的简化、分布式结构系统 的离散误差、非结构构件的不正确建模等模型误差的原因，会造成模拟的不真实性。 ④观测数据的准确性：实际建筑结构体量大、型式复杂，受现场条件和测试仪器的 限制，会导致监测测点分布稀少，监测信息不足。另外，实测时，噪声通常使得损伤识 别更加困难，有时噪声水平甚至与损伤引起的结构响应的变化相当。 ⑤结构行为的非线性和时变性：由于结构本身的特点和非结构构件的影响，梁结构 的行为往往表现出较强的非线性和时变性。这样使基于线性时不变系统的损伤识别方法 难以有效识别，需要建立新的、更有效的识别方法。 1.3 结构非线性振动损伤识别研究 目前，绝大部分损伤识别研究是基于线性振动理论，即假定结构或构件在损伤前后 的振动都是线弹性的。结构几何条件、材料性质等的变化都将导致模态