基于频率变化的混凝土楼板损伤评价研究∗

提出了基于楼板模态频率变化的楼面板损伤评价方法,采用数值模拟对楼板损伤与频率的关系开展研究。 首先,对分层式与整体式两种楼板分别进行线性加载试验与等幅循环加载试验,并对后者进行了模态测试。在此基础上,提出了精细化数值模拟方法,并与线性加载的试件进行对比。最后,采用有限元数值模拟方法计算了基于整体结构频率的结构损伤与基于楼板频率变化的损伤。结果表明：①开裂后的楼板频率低于开裂前的楼板频率, 分层式楼板与整体式楼板开裂前后对应的自振频率相近;②精细化有限元数值模拟方法可较为准确地模拟楼板开裂损伤性能与开裂前后的模态变化;③已有基于整体结构频率变化的损伤评价方法无法准确反映楼板的损伤状态;④通过数值模拟计算出的基于楼板频率变化的损伤评价方法,可准确反映楼板开裂的损伤状态,为相应构件的损伤评价提供借鉴。     

基于HHT的混凝土损伤AE信号分析新方法

介绍了HHT这一非线性、非平稳信号的处理方法。针对混凝土材料损伤所产生的声发射信号复杂的特点,提出了基于HHT的分析混凝土材料中产生的声发射信号的新方法,借此分析了从预应力混凝土梁在三点弯曲载荷下的破坏实验中拾取的实际AE信号,获得了该损伤信号的Hilbert谱。通过与小波分析结果的比较,显示出该方法具有处理精度高、自适应性强的特点,能有效地提取声发射信号中损伤成分的主要特征,为AE信号处理提供了一种新的途径。     

福建方形土楼屋盖结构的风灾损伤研究

分析了基于构件的计算福建土楼木屋盖结构损伤率的方法,建立了功能函数,并对用于功能函数的结构构件承载力进行了计算。最终得到了方形屋盖结构的损伤率。研究了瓦片掀翻和椽条破坏两种破坏形式下屋盖的损伤率,分析了风向角、高宽比、坡角等因素对损伤率的影响效应,通过数据拟合得到了方形土楼木屋盖在各种影响因素下的损失函数。可为土楼屋盖的抗风保护提供参考。     

基于应变模态差的海洋平台构件的损伤识别研究

对于具有一定损伤的导管式海洋平台钢管梁来说,实验模态分析得到的位移模态和固有频率难以有效的反应结构损伤的实际状况,特别是对早期的轻微损伤。为了提高损伤识别的效率和效果,根据海洋平台钢管梁架的受力特点,由节点位移模态推到出节点应变模态。然后利用损伤前后的应变模态差作为损伤识别的指标。将这个指标用在海洋平台钢梁构件焊缝和跨中单元的损伤识别上。通过建立钢管梁焊缝损伤的ANSYS模型,进行数据模拟分析,该方法能够在低阶模态条件下,有效的识别早期的轻微损伤。     

基于柔度矩阵法的钢栈桥损伤识别

根据以往模态柔度损伤指标的研究成果,建立了模态柔度差曲率和模态柔度曲率差这2种结构损伤识别指标.通过对一个百米钢栈桥最容易发生损伤的下弦梁进行各种损伤工况下的数值模拟研究,比较分析了这2种结构损伤指标的损伤识别效果.并且在钢栈桥2根下弦梁都有损伤的情况下,对两者之间损伤识别效果的相互影响进行了研究.研究结果表明,本文提...     

苏通大桥结构健康状态评估技术研究与应用(2):主梁损伤预警

为了建立"环境因素归一化"的苏通大桥主梁损伤预警方法,本文对苏通大桥主梁240天的小波包能量谱与温度实测数据进行了季节相关性研究。分析结果表明,苏通大桥主梁的小波包能量谱与温度具有明显的季节相关性,其特征频带能量比的日平均值,随着温度的季节变化在一年中可以发生平均约200%的变化。在此基础上,采用6次多项式模型对小波包能量谱—温度进行了统计建模,并采用均值控制图法对特征频带能量比的异常变化进行了统计模式识别。结果表明,运用本文方法可以有效地消除温度的季节变化对斜拉桥实测小波包能量谱的影响,较好地识别出结构损伤引起的特征频带能量比10%的异常变化,适合于苏通大桥主梁的实时在线监测。     

基于改进损伤模型的RC框架地震易损性研究

目前的RC框架结构地震易损性分析大都采用理论分析法,建模过程忽略了土与上部结构的相互作用(SSI),同时广泛采用的层间位移角方法不能准确反应结构在地震作用下损伤机理。本文基于现有损伤模型的对比分析,提出了一种最大变形和滞回耗能非线性组合的改进双参数损伤模型,采用实验数据进行验证。并以8层RC框架结构为例,进行50条地震波作用下的结构增量动力分析,分别绘制了变形和能量两种单参数模型以及Park-Ang模型,牛荻涛模型和本文模型3种双参数模型的结构损伤曲线与易损性曲线进行模型的对比分析和检验评估。     

基于结构多尺度分析的超大跨斜拉桥损伤定位方法研究

以苏通大桥斜拉桥的扁平钢箱梁结构为分析对象,采用子结构方法,将扁平钢箱梁结构的整体尺度动力特性和细节尺度构件损伤相互衔接,实现了超大跨斜拉桥的多尺度损伤分析。在此基础上,对模态曲率指标和模态应变能指标的损伤识别效果进行了对比分析。结果表明:采用子结构方法可以有效地实现钢箱梁局部构件损伤与整体结构响应的多尺度衔接,从而较真实地研究钢箱梁局部构件损伤对超大跨斜拉桥动力特性的影响;无噪声情况下,模态曲率指标能正确识别所有损伤工况,而模态应变能指标则对部分损伤工况的识别效果较差;模态应变能指标的抗噪声能力总体上优于模态曲率指标。     

茅草街大桥主桥的地震反应分析

以湖南茅草街大桥为研究对象,采用大型有限元分析软件ANSYS建立了该钢管混凝土系杆拱桥的三维有限元模型并对其进行模态分析,在此基础上运用反应谱法计算了该桥的纵向、横向和竖向地震响应,探讨了主要结构参数对中承式钢管混凝土系杆拱桥地震响应的影响,可为大跨钢管混凝土拱桥的抗震设计提供理论参考。     

结构损伤模式识别与试验分析

基于最小二乘支持向量机方法,提出了小波核函数最小二乘支持向量机结构损伤模式识别方法。该方法以结构固有频率变化率为特征向量,利用有限的荷载和动力响应数据,便能得到良好的结构损伤识别效果,弥补了传统方法对结构固有频率不敏感的缺陷,克服了其他动力参数数据采集误差大的问题。数值模拟计算表明该方法具有较高的识别精度。对一个12层的混凝土框架结构模型进行了振动台试验,研究分析结果表明,理论识别结果与实验现象基本吻合,说明该方法具有良好的识别效果和实际应用前景。     

自适应单摆式TMD及其减振效果的数值模拟

当单摆式调谐质量阻尼器(PTMD)的频率调谐至与结构的自振频率一致时,PTMD有良好的减振效果。由于结构的设计频率与实际频率之间的偏差和结构在使用过程中发生的损伤累积等,结构的自振频率可能会偏离PTMD的控制频率,降低PTMD的减振效果。为了改善传统PTMD对频率调谐敏感的缺陷,提出的自适应单摆式TMD基于PTMD频率仅与摆长有关的特点,利用短时傅里叶变换和环境激励法识别出结构的自振频率,然后自发地启动步进电机改变摆长,以调节PTMD频率与结构频率相同。介绍了一种自适应单摆式TMD的模型装置,并用数值模拟对比了其在各种激励作用下的结构响应。结果表明,自适应单摆式TMD对结构的频率识别精度高,能够提高结构的等效阻尼比,降低结构的加速度响应。自适应单摆式TMD能够提高PTMD的减振效果,提高结构的安全性和耐久性,延长结构的使用寿命,且构造简单、需电量小,具有较好的工程应用前景。     

基于小波包分析的框架结构损伤识别

损伤将引起结构动力特性和动力响应的变化,反过来,可以通过结构动力性能或动力响应的变化识别结构损伤,但它们对结构局部损伤并不十分敏感。而小波包分析具有优越的时-频局部化性能,可以在时—频域以任意精度进行信号分析。本文在小波包分析基础上,提出了基于小波包分析的损伤检测和识别方法:首先将结构响应信号分解为小波包组分,然后通过考察各组分小波信号的变化情况识别损伤。该方法仅利用结构响应数据识别损伤,实测方便,计算简单,并通过3层钢框架结构的模型试验成功地识别出损伤时刻和损伤位置,验证了其可行性。     

火灾后结构损伤检测数据小波分析法的研究

检测缺陷的参数是火灾后混凝土结构受损综合评判的重要依据。火灾对钢筋混凝土结构的影响存在不确定性,判断缺陷的参数困难。超声波穿过混凝土后频谱的变化与混凝土的内部缺陷有关,混凝土的内部缺陷对不同频率的超声波衰减不同,通过混凝土缺陷区的超声波带有缺陷的信息。小波分析可以对指定频带和时间段内的信号成分进行分析,在时域和频域具有良好的局部化性质。可以准确地抓住瞬变信号的特性,对频率成分采用逐渐精细的时域或频域取样步长,从而聚焦到信号的任意细节。运用小波的方法分析接收到的超声波的频谱结构,就能判断缺陷的参数。     

大跨桥梁结构损伤预警的基本原理与方法

以润扬长江公路大桥为例,系统阐述了以小波包能量谱为基础的结构损伤预警方法的理论基础和本质特征。研究了以小波包分析为基础的结构动力系统的多尺度分解原理,推导了不同分析尺度上振动结构的状态方程和观测方程,并分析了结构系统矩阵和观测噪声的小波包分解特性,从理论上证明了基于小波包能量谱的结构损伤预警的敏感性和噪声鲁棒性。指出大跨桥梁结构损伤预警的有效性须考虑结构损伤和观测噪声的共同影响,并根据噪声能量的小波包分解特性提出了大跨桥梁结构损伤预警参数的计算方法。     

遗传算法在结构损伤识别中的应用研究

结构损伤识别是结构系统在使用期间进行监测和维护的重要组成部分,而基于动态测试技术的结构损伤识别方法又是近来研究的热点。本文提出了一种基于改进遗传算法的结构损伤识别方法,主要改进包括:浮点编码、基于标准化几何分布排名的选择策略、最优保存策略、算术交叉算子、非均匀变异算子。在常规模态分析的基础上,以节点的残余力向量构造目标函数,提出了一种用于遗传搜索优化的新的目标函数形式。利用遗传算法重点进行了噪声条件下的结构损伤定位和定量研究,并用一平面桁架模型进行了数值模拟。结果表明:提出的方法不仅能够同时进行结构的损伤定位和定量计算,而且抗噪性能很好。最后,对方法应用中存在的一些问题进行了深入分析,给出了一些有益的结论。     

苏通大桥结构健康状态评估技术研究与应用(3):主梁损伤定位

为提高基于模态参数的损伤识别方法的损伤敏感性和噪声鲁棒性,将多源数据融合技术引入到苏通大桥主梁损伤定位方法中。基于D-S证据理论对模态柔度和模态应变能指标进行数据融合,并以苏通大桥扁平钢箱梁为分析对象,对融合后损伤定位指标的应用效果进行了讨论。结果表明:基于数据融合的损伤定位方法具有较强的损伤敏感性,只需要较少的低阶模态信息就能识别主梁的早期损伤;数据融合后,损伤定位指标可以在较强的噪声环境下准确地识别斜拉桥钢箱梁的损伤,具有较好的工程实用性。     

小高层建筑中屋顶花园TMD的振动控制作用

采用振型分解反应谱法，分析了小高层建筑屋顶花园作为TMD的减震原理和该TMD与主体结构频率比和质量比的变化规律，并阐述了对TMD的最优参数设计；最后对屋顶花园TMD的抗震效果进行了对比分析，用算例验证了该方法用于控制地震反应的可行性，因而可有效地用以减轻城市地震灾害。     

基于柔度指标的系杆拱桥损伤识别与寿命预测

提出了一种柔度曲率差变化率的损伤识别指标,通过试验验证指标的有效性,并应用于系杆拱桥算例损伤识别,进而预测其构件剩余寿命。利用系杆拱桥算例中吊杆、拱肋与横撑的多种损伤工况验证了新指标的有效性与抗噪性,基于所提损伤指标建立损伤评估函数并构造相应曲线,用于精确定量评估损伤程度,并采用损伤评估函数预测构件剩余寿命。结果表明,柔度曲率差变化率可有效用于系杆拱桥损伤评估且噪声鲁棒性好,运用结构不同阶段的有损模态信息构建损伤评估函数的方法可行、合理,所提寿命预测方法考虑了损伤非线性累积,意义明确。建议在使用该方法诊断下承式拱桥吊杆时,宜采用拱肋振型向量构建损伤指标,实桥试验时应将振型传感器置于拱肋处。     

拟合水工设计反应谱的人工地震波的生成与Huang变换校正

根据非平稳输入下建立的功率谱与均值反应谱之间的关系,合成基于水工设计反应谱的人工地震波,并对其幅值进行修正,降低了高频区误差作用;为了解决加速度时程积分后的速度、位移时程的零线漂移现象,利用Huang变换得到加速度时程的固有模态函数,由Huang变换方法得到的最低频率固有模态函数分量通常情况下代表原始信号的趋势或均值,对去掉均值后的加速度时程进行积分得到的速度、位移时程不存在零线漂移问题。