基于波動理論的結(jié)構(gòu)損傷識別.pdf

1、近年來，世界范圍內(nèi)地震頻發(fā)，嚴(yán)重地威脅到了人民的生命和財產(chǎn)安全。而震后及時檢測結(jié)構(gòu)的損傷并評估其潛在的倒塌風(fēng)險，可以有效降低人民生命財產(chǎn)損失。當(dāng)然，及時評估結(jié)構(gòu)的安全性也可以避免震后的無意義疏散，保障醫(yī)院等震后非常重要的結(jié)構(gòu)的正常運(yùn)營。地震作用下結(jié)構(gòu)的損傷識別研究很早就成為土木工程領(lǐng)域中研究的一個重要課題，但是大多數(shù)的研究都集中于分析結(jié)構(gòu)的模態(tài)信息，而基于波動理論的損傷識別研究相對較少，已有的一些研究已經(jīng)表明基于該方法提出的損傷指標(biāo)具有

2、物理意義明確、對損傷敏感性較強(qiáng)等優(yōu)勢。因此，論文從結(jié)構(gòu)在地震作用下的波動解法入手，以剪切波速為指標(biāo)，研究結(jié)構(gòu)在地震作用下的損傷識別，主要工作和結(jié)論包含以下幾個方面：
　?、倩诓▌拥挠^點，分析了地震作用下結(jié)構(gòu)不同層動力反應(yīng)之間的關(guān)系；分別推導(dǎo)了剪切梁和Timoshenko梁波動方程的解，闡述了脈沖響應(yīng)函數(shù)和傳遞函數(shù)的定義及計算公式，并對剪切梁脈沖響應(yīng)函數(shù)的解析公式進(jìn)行了推導(dǎo)。
　?、诎炎R別結(jié)構(gòu)剛度損傷的問題轉(zhuǎn)化為識別結(jié)構(gòu)的剪

3、切波速的問題，并采用兩種不同的方法（互相關(guān)函數(shù)法和脈沖響應(yīng)函數(shù)法）識別結(jié)構(gòu)的剪切波速；互相關(guān)函數(shù)法基于金井清公式，直接對結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)進(jìn)行互相關(guān)分析，從而得到響應(yīng)之間的延時，進(jìn)而得到結(jié)構(gòu)的剪切波速；而脈沖響應(yīng)函數(shù)法則基于剪切梁脈沖響應(yīng)函數(shù)的解析公式，通過分析脈沖響應(yīng)函數(shù)中峰值的偏移來得到響應(yīng)之間的延時得到結(jié)構(gòu)的剪切波速；將兩種方法應(yīng)用于兩個實際結(jié)構(gòu)和一個振動臺試驗?zāi)Ｐ?，結(jié)果證明兩種方法能準(zhǔn)確識別結(jié)構(gòu)剪切波速的變化趨勢；最后，對記錄采樣率

4、對識別結(jié)果的影響進(jìn)行了分析，并以一實際結(jié)構(gòu)進(jìn)行了驗證，證明在一定范圍內(nèi)提高采樣率可以降低識別誤差。
　　③采用模型擬合的方法來識別結(jié)構(gòu)的剪切波速；以模型預(yù)測的脈沖響應(yīng)函數(shù)和實際脈沖響應(yīng)函數(shù)之間的誤差作為最優(yōu)化指標(biāo)，分別采用剪切梁模型和Timoshenko梁模型來擬合結(jié)構(gòu)在地震作用下的動力響應(yīng)，誤差最小時模型的剪切波速即為結(jié)構(gòu)的剪切波速；通過兩個實際結(jié)構(gòu)和一個振動臺實驗數(shù)據(jù)證明兩種方法都能有效識別結(jié)構(gòu)的損傷，并與互相關(guān)函數(shù)法和脈沖響

5、應(yīng)函數(shù)法的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對比，分析了不同方法的適用范圍；最后，對基于Timoshenko梁模型擬合的方法進(jìn)行了改進(jìn)，提出了多步細(xì)化識別策略，并合理的縮減了模型待識別參數(shù)，從而有效提高識別方法的效率。
　　本文的主要創(chuàng)新點包括：
　　①基于波動觀點提出了以剪切波速為指標(biāo)、直接基于結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)記錄的結(jié)構(gòu)損傷識別方法。
　?、诓捎脙煞N梁模型來擬合結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)，通過最小化模型與實際結(jié)構(gòu)之間的誤差來識別結(jié)構(gòu)剪切波速，進(jìn)而判斷結(jié)構(gòu)損