基于模態(tài)分析的土木結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測方法與系統(tǒng)研究.pdf

1、 土木結(jié)構(gòu)的損壞可定義為結(jié)構(gòu)承載能力在使用期間的減少。承載能力的降低通常歸因于結(jié)構(gòu)部件和連接的退化或老化。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(StructuralHealthMonitoring，SHM)是對土木結(jié)構(gòu)應用損壞檢測策略的過程。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測過程是通過傳感器陣列周期采集動態(tài)響應數(shù)據(jù)來觀察結(jié)構(gòu)狀態(tài)。從采集的動態(tài)響應數(shù)據(jù)中提取對結(jié)構(gòu)損壞敏感的特征，通過對這些特征進行統(tǒng)計分析來決定結(jié)構(gòu)當前的健康狀況。外觀視覺檢測及其他的一些非破壞性評估技術(shù)，如光纖

2、，X射線，聲發(fā)射和超聲等傳統(tǒng)的非接觸測量方法只能給出局部的損傷狀況，對于大型復雜結(jié)構(gòu)的檢測非常不實用，而且無法給出定量的結(jié)構(gòu)損傷評價。結(jié)構(gòu)振動測量業(yè)已被應用于結(jié)構(gòu)的非破壞評估，由于結(jié)構(gòu)損壞導致結(jié)構(gòu)特性的變化影響結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性，結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性可以由現(xiàn)場的振動試驗來獲得。因此，通過測量結(jié)構(gòu)動態(tài)特性的變化來進行結(jié)構(gòu)損傷的辨識是自然而然的。通過使用結(jié)構(gòu)振動測試的方法，結(jié)構(gòu)整體的損壞可以得到有效的監(jiān)測?；谡駝訙y量的結(jié)構(gòu)損害檢測最初使用在航空航天

3、和海上工程領(lǐng)域，近年來這種技術(shù)在土木工程領(lǐng)域得到廣泛的研究，但復雜結(jié)構(gòu)的損害評估對于土木工程師來說仍然是個挑戰(zhàn)。 基于模態(tài)分析的土木結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測方法的基本思想是結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)(固有頻率，模態(tài)振形和模態(tài)阻尼)為結(jié)構(gòu)物理特征(質(zhì)量，阻尼和剛度)的函數(shù)。因此，結(jié)構(gòu)物理特性的改變將導致可檢測到的模態(tài)參數(shù)改變。本文圍繞基于結(jié)構(gòu)振動測量檢測，對定位和定量描述結(jié)構(gòu)系統(tǒng)損傷的方法進行了深入研究。文章以實際土木結(jié)構(gòu)為研究對象，圍繞振動信號采集、分