基于Hilbert-Huang变换的结构损伤识别研究进展

为提高结构损伤识别方法的精确性和适用性,将Hilbert-Huang变换引入到结构损伤识别中。介绍了Hilbert-Huang变换的由来、原理和研究意义,概述了国内外基于Hilbert-Huang变换的结构损伤识别研究进展。通过分析可以看出,HilbertHuang变换用于结构损伤识别有着广阔的应用前景,论文针对进一步研究的方向提出了建议。     

基于Hilbert-Huang变换的结构损伤诊断方法研究

结构物在强震中将产生损伤,其动力特性发生改变,通过对结构瞬时频率的分析可以诊断出结构的损伤发展过程。本文探讨了基于Hilbert-Huang变换的结构物损伤诊断方法,研究了如何从结构地震响应信号中提取模态响应、识别损伤位置和损伤发展规律。采用本文方法分析了三层框架模型,结果表明:带有间歇检验准则的经验模态分解法,能够提取结构的模态振动响应;对比无损伤结构和有损伤结构的Hilbert边际谱,可以诊断出结构损伤的部位;分析模态响应瞬时频率的时变特点,可以直观地掌握振动中结构的损伤发展规律。采用本文方法分析Northridge地震中某建筑物的强震记录,得到了该建筑的损伤发展规律,并证明了此方法的可行性。     

基于强震记录的结构动力特性识别

通过对结构瞬时频率的分析可以诊断出结构的振动过程和损伤发展规律。本文采用HHT法分析了喜来登环球旅馆于1994年北岭地震中获得的强地震反应观测记录,分析结果表明：对结构强震记录这种强非平稳信号,HHT方法能较好的识别结构的动力特性;分析结构振动中瞬时频率的时变特点,可以直观地掌握强震作用下结构的振动过程和损伤发展规律。     

基于小波变换的结构损伤识别与试验分析

钢筋混凝土结构在中等以上地震作用下将产生损伤,结构动力特性随之变化。通过对结构微幅振动信号的Fourier分析,可以判断结构是否产生损伤,但是不能确定损伤位置。本文将结构振动信号置于不同频段进行时-频分析,利用小波变换的多分辨率特点对结构损伤进行在线检测,确定损伤位置。通过钢筋混凝土框架的振动台试验,将模型地震反应信号按不同频段分解,提取各频段的损伤信号特征。对于试件模型而言,如果某处出现开裂,即产生损伤,表现在响应信号上为一瞬态分量,通过信号小波变换的尺度函数可以判断结构某层是否损伤。该方法克服了Fourier变换不能反映结构振动信号局部特性的缺点,试验表明本文所采用的方法是可行的。     

基于小波变换的钢筋混凝土结构损伤识别

钢筋混凝土结构在其服役期内,由于受到荷载、地震以及其他因素的作用,会发生损伤,从而威胁整个结构的安全。为了保证结构的安全,需要尽早发现结构的损伤,并且采取防范和修复措施。基于小波变换的多分辨率的特点,提出一种分层小波搜索的方法对结构损伤进行在线检测,确定损伤位置和损伤发生的时刻。通过对某一框架进行数值模拟试验验证可行的基础上,将此法应用于地震作用下钢筋混凝土框架的损伤识别,并与结构模型的模拟地震振动试验观测结果相对比,表明分析结果与试验观测较好吻合。     

基于结构挠度和小波变换的梁式结构损伤识别

基于小波函数对损伤前后的结构挠度曲线进行多层分解,提出了一种梁式结构的损伤识别方法。该方法可以通过小波变换系数的变化和分布情况来识别结构是否损伤并确定出损伤的具体位置,数值模拟悬臂梁桥的结果显示该方法对于梁式结构的单一损伤和多损伤情况具有一定的适用性。     

可液化土–高层结构振动台试验的土性参数识别

 基于已进行的可液化地基–桩–高层结构振动台试验,利用参数识别技术对试验记录的土体加速度和孔隙水压力进行分析,研究场地液化机制及土的动力特性。由振动台试验的土体加速度记录,通过剪切梁模型,求出土体的动剪切应力–剪切应变曲线,研究土体的动剪切模量及阻尼特性随动剪切应变的变化关系,并进一步研究土体剪切波速、有效应力路径及桩和土的剪切应变等情况。结果表明：在较强地震激励下,动剪切应力和动剪切应变滞回圈更饱满,表现出更强的滞回特性;土的刚度随着深度的增加而增大;孔压比存在明显的上升,孔隙水压力增长对土的剪切波速有影响,土的刚度随着孔隙水压力的上升而降低;利用参数识别技术得到的土的刚度与土动力性质试验得到的结果比较一致,而阻尼要高于土动力性质试验的结果;群桩内外土体的剪切应变形状相似,外侧土体的剪切应变比内侧土体的剪切应变大。该土性参数识别技术对于研究液化场地及液化场地中结构的抗震设计具有一定的参考价值。     

基于小波包能量变异最值指数的RC框架损伤识别

小波包变换可以将振动信号按任意时频分辨率分解到不同频带,而各频带信号的能量变化包含着丰富的损伤信息。结合八层框架模型模拟地震振动台试验结果,对不同工况下的结构加速度时程响应进行小波包分解和重构,得到小波包能量谱。对不同频带下的小波包能量谱进行统计分析,利用小波包能量变异极值指数对框架结构的损伤进行评定。结果表明:损伤程度不同,小波包能量变异极值指数明显不同。因此可将小波包能量变异最值指数作为损伤程度的指标进行损伤识别。     

基于连续小波空间变换的工程结构损伤识别

利用连续小波空间变换技术,对工程结构损伤信号进行分析,从而识别结构的损伤位置。对不同的边界条件(如简支梁和固端梁)下不同的损伤形式(如竖直裂缝和斜裂缝)引起结构损伤的情况进行试验。结果表明,用连续小波空间变换分析识别结构损伤的结果受一定边界条件的影响,而裂缝的形式对识别效果几乎没有产生影响。但总的来说,小波空间变换都能够方便简捷、准确可靠地识别出结构的损伤位置。     

基于振动信号小波变换的结构损伤识别试验研究

离散小波变换和多尺度分析对基于在线结构健康监测环境下的损伤识别有着显著的效果。以简支钢梁为模型进行了动力试验,对加速度、速度和位移信号进行离散小波变换的多尺度分析,细节系数模极大值出现的位置与结构损伤时刻相符,验证了该方法可以有效地对结构发生损伤的具体时刻进行识别。     

边坡动力破坏机理的振动台试验研究

将数字图像位移测量技术和有限元数据平滑方法应用到边坡模型的振动台试验中,得到了整个振动过程的位移场和应变场,探讨了土质边坡的动力破坏模式和破坏机理。结果表明土质边坡的变形是渐进式的,坡体中部到坡脚是剪切破坏,坡顶一定深度是拉剪破坏,破坏时有深层的圆弧状滑动面,用位移时程曲线的广义曲率做为判断边坡动力破坏的物理量是可行的。     

钢筋混凝土模型框架振动台试验分析和抗震性能评估

以同济大学国家防灾减灾重点实验室进行的1/10模型比例的12层钢筋混凝土模型框架振动台模型试验为背景,采用钢筋混凝土结构基于性能的抗震设计理论,分别利用能力谱法和改进的能力谱法对模型框架进行抗震评估,结果表明能力谱法在迭代计算过程中可能不收敛,而改进的能力谱法则可以求出结构在弹性以及弹塑性阶段的性能点。结合对该结构进行的模型振动台试验,并对该结构进行非线性时程分析,结果表明,对于高层建筑改进的能力谱会高估结构的抗震能力。因此,对高层建筑进行抗震评估时,改进的能力谱法是可行的,但需要对评估误差进行适当的处理,以使评估结果更加准确。     

北京新保利大厦结构模型振动台试验研究

对北京新保利大厦这一不规则的高层钢框架-型钢混凝土核心筒混合结构进行了1∶20缩尺比的结构模型模拟地震振动台试验研究。分析了模型结构的动力特性和不同强度模拟地震作用下模型结构的加速度、位移和应变反应,对结构特殊部位的地震反应进行了分析。最后对结构整体的抗震性能进行了评价。     

九子台模拟地震振动台台阵系统及应用

地震模拟振动台作为结构抗震研究的重要试验设备之一,从20世纪60年代至今,经历了从线性到非线性、时不变到时变、模拟控制到数字控制、位移控制到加速度高级算法控制的发展过程。与此同时,随着经济、技术的飞速发展,以及抗震研究工作的进一步深入和广泛,地震模拟振动台台阵试验逐渐发展起来。本文介绍了目前国内外地震模拟振动台台阵试验系统的发展现状,重点介绍了九子台(1 m×1 m)积木式台阵系统的技术指标、结构原理,以及对利用该试验设备进行的重要试验,并提出了振动台台阵系统使用过程中值得关注的问题和需要改进之处。     

振动台型混合试验系统试验设备研究

具有非线性结构特性的大型结构地震试验在试验费用、精度和可行性方面存在许多问题。近年来结合数值模拟实时子结构试验方法有一些文献报道。本文是对此的初步的阶段分析成果,主要针对基于振动台型的混合试验作了简要的分析,以及实施混合试验技术中所存在的问题,根据现有设备的状态,对试验设备的改造可行性提出了一些意见。     

上海仙乐斯广场模型振动台试验

上海仙乐斯广场３６层、高１５４ｍ，内筒高宽比为１５，是带有多种转换形式的筒体一框架结构。为了解其抗震性能，进行了整体模型（１／２２）振动台试验。试验结果表明，该结构刚度偏小、位移偏大，地震作用下有明显的扭转效应和顶部的剧烈甩动，并存在抗震薄弱楼层。     

摩擦耗能支撑钢筋混凝土框架结构的振动台试验研究

本文通过一榀普通钢筋混凝土框架、一榀钢支撑钢筋混凝土框架和一榀摩擦耗能支撑钢筋混凝土框架1／8比例模型的地震模拟振动台对比试验，研究三类不同型式框架结构在地震作用下的破坏形态和动力特性，揭示了摩擦耗能支撑钢筋混凝土框架结构良好的抗震性能，为此类新型结构的工程应用提供了试验依据。     

管桩地震反应振动台模型试验研究

通过管桩振动台试验,研究了管桩结构体系在地震作用下的动力响应及内力反应的主要规律.试验结果表明,管桩结构体系的加速度峰值反应在高度上呈“K”型分布,位移反应沿高度呈“S”型分布,在桩身距离桩顶5～6倍桩径处弯矩最大.本试验为管桩的抗震研究提供了试验数据,为工程设计提供了参考.