基于動力響應(yīng)測量的結(jié)構(gòu)非線性恢復(fù)力識別方法研究.pdf

1、在地震等強(qiáng)動力荷載作用下，結(jié)構(gòu)損傷的出現(xiàn)和發(fā)展大量并快速地呈現(xiàn)，評估當(dāng)前結(jié)構(gòu)的可靠性、性能、預(yù)防災(zāi)害的潛在能力以及結(jié)構(gòu)剩余壽命，并為結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和加固提供數(shù)據(jù)極為關(guān)鍵。基于振動的結(jié)構(gòu)損傷識別方法的一直以來在土木與基礎(chǔ)設(shè)施工程生命周期績效評估和維護(hù)中最活躍的研究領(lǐng)域之一。
　　動力荷載下裂縫等工程損傷的產(chǎn)生和發(fā)展是一個典型的非線性過程。嚴(yán)格地說，傳統(tǒng)的振動和基于特征值提取的損傷識別方法只適用于線性系統(tǒng)。由于不同工程結(jié)構(gòu)非線性行為的唯一

2、性，一般情況下很難用非線性恢復(fù)力的參數(shù)形式來表達(dá)鋼筋混凝土等工程結(jié)構(gòu)。因此，研究和發(fā)展一種普適的能夠定量識別的非線性識別方法很有必要。
　　基于以上背景，發(fā)展了一種多自由度下基于二重切比雪夫多項(xiàng)式模型的時域非線性恢復(fù)力識別方法:
　　(1)在理論方法部分，基于二階中心差分法，推導(dǎo)出一種由采集得到的加速度響應(yīng)來獲得位移和速度信息的方法。僅僅基于結(jié)構(gòu)的外部激勵信息和加速度信號，并在結(jié)構(gòu)參數(shù)和結(jié)構(gòu)質(zhì)量均未知的條件下，考慮完整激勵和

3、非完整激勵兩種情況，運(yùn)用最小二乘算法以及牛頓第三定律就可以對結(jié)構(gòu)的質(zhì)量以及非線性恢復(fù)力表達(dá)式的系數(shù)進(jìn)行有效地識別。
　　(2)在數(shù)值模擬部分，通過數(shù)值模擬利用本文提出方法對一個分別嵌入經(jīng)典的VANDERPOL非線性系統(tǒng)和MR非線性系統(tǒng)來模擬結(jié)構(gòu)非線性行為的四層剪切型模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線性恢復(fù)力以及結(jié)構(gòu)質(zhì)量的準(zhǔn)確識別，同時也驗(yàn)證本文方法的可行性和魯棒性，模擬中分別考慮了系統(tǒng)完整激勵和非完整激勵兩種情況，此外，還考慮了噪聲水平的影響?；?/p>

4、加權(quán)全局迭代的卡爾曼濾波算法，分別通過對經(jīng)典桁架和兩種非線性系統(tǒng)的數(shù)值模擬來驗(yàn)證了該算法的有效性。
　　(3)在動態(tài)實(shí)驗(yàn)中，通過一個四層的鋼框架剪切型結(jié)構(gòu)的第四層中引入兩個MR阻尼器來模擬結(jié)構(gòu)的非線性行為。首先根據(jù)前面所述的僅僅只利用相應(yīng)的加速度響應(yīng)信號和外激勵信號，基于切比雪夫表達(dá)式的識別方法對MR阻尼器力進(jìn)行了識別，然后將得到的識別值與力傳感器的測量值進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明，盡管結(jié)構(gòu)的模型參數(shù)以及每一層的質(zhì)量均未知，該法在僅僅