基于时-频域信息的结构系统识别方法研究

结构响应的时域、频域信息均可用来对结构模型进行修正。该文提出频域信息与时域信息相结合的方法,对结构参数以及荷载进行评估。首先,从结构测量加速度信息中提取结构的频域特性,对结构模型进行较为粗略的修正,优化结构模型的振型、频率,使其与测量信息一致。其次,利用时域信息,在状态空间对结构运动微分方程进行零阶离散化,采用正则化方法对模型进行荷载识别,同时基于约束优化方法对结构模型参数进行进一步修正。应用模型缩聚方法,保证计算精度的情况下减少结构模型参数修正和荷载识别的计算量。在数值仿真计算中,基于框架结构的不完备地震时程响应记录,对结构损伤状况进行评估。结果证明,即使在有噪声的情况下,该文提出的结构状态方法依然能够很好地识别结构损伤程度、位置。最后,通过14层加层隔震剪力墙结构的振动台试验进一步验证该文提出的结构参数与荷载识别方法。     

基于测量信息重构的结构物理参数识别方法研究

通过对测量加速度借助于积分算子变换法及Newmark-β法重构出其它响应量,得到变换空间内的完备响应信息,再利用最小二乘原理及分解算法实现结构物理参数的识别并反演出变换空间内的未知荷载.以层剪切模型及桁架模型为例,准确地识别出结构的物理参数并能很好地反演变换空间内的荷载,为结构的损伤检测提供一种简便的分析方法.     

基于随机子空间的桥梁损伤识别

把基于随机子空间算法的模态参数识别引入到梁桥结构损伤识别中.在环境激励下测试结构完好状态和损伤状态的时程响应,建立离散空间时间状态方程,运用随机子空间方法识别出结构的系统矩阵和属性矩阵,识别结构两种状态下的模态参数,由模态参数构建损伤动力指纹,从而识别桥梁结构的损伤位置和损伤程度.     

竖向收进钢束筒结构楼层地震损伤评估研究

为定量评估钢束筒结构地震后楼层的损伤情况,基于算例分析模型,采用有限元分析软件对两类不同竖向收进方式的3种钢束筒结构进行大震弹塑性时程分析。通过楼层的变形与能量分析,基于归一化的位移和塑性耗能双参数破坏模型,研究给出确定钢束筒结构地震下楼层损伤程度指标——楼层损伤因子计算公式,通过计算得到的楼层损伤程度与基于损伤现象确定的楼层损伤程度基本吻合,该计算公式可用于成束钢框筒结构楼层地震损伤程度的定量评估。钢束筒结构楼层通过灰色关联-逐步分析耦合模型评估的地震损伤程度与基于损伤现象确定的地震损伤程度一致,表明基于灰色关联-逐步分析耦合模型的楼层损伤程度评估方法可以准确地对楼层的地震损伤情况进行评估。     

基于小波变换的风荷载作用下格构式塔架损伤识别

风荷载作用下塔架结构将产生复杂的弯扭联合变形,格构式塔架中各杆件的受力变化对整体结构的影响存在较大差异,因而对结构损伤位置动力响应信息的拾取存在较大的影响。以某通讯塔结构为例,以风荷载作为环境激励,通过结构动力响应分析信息,应用小波变换进行结构损伤状态识别,对垂直于外荷载平面上格构式塔架腹杆损伤识别可靠性进行分析。     

基于KF的非线性结构响应重构和外激励识别研究

对于土木结构，由于受各种条件限制，往往难以得到所有自由度上的实测动力响应。卡尔曼滤波(Kalman filter, KF)能够实现部分自由度观测下的结构状态估计，然而，经典KF需要已知外激励信息，同时不适用于非线性结构。为克服上述不足，提出了基于KF的非线性结构动力响应重构和外激励识别方法，该方法通过引入投影矩阵，获得了一种不显示包含外激励的修正的观测方程，并通过融合有限加速度和位移响应，解决了在线识别时的低频漂移问题，从而实现了KF原理下的非线性结构动力响应的实时重构和外荷载的有效识别。通过装有磁流变阻尼器的10层剪切型结构和5跨平面桁架结构的数值算例验证了该方法的有效性和可靠性。结果显示，对于不同的非线性系统，在不同的噪声水平和荷载形式下，本文方法通过融合部分加速度和位移响应，均能够有效解决识别过程中的漂移问题，并实现结构响应重构和荷载识别。     

低层双面叠合夹心保温剪力墙结构动力弹塑性分析研究

基于足尺模型振动台试验,对低层双面叠合夹心保温剪力墙结构进行动力弹塑性分析,并对数值计算结果和振动台试验结果进行对比,结果表明,有限元计算的结构响应及构件损伤情况基本和振动台试验结果相吻合,7度罕遇地震时该结构基本处于弹性状态,8度罕遇地震时构件损伤发展,9度罕遇地震时结构进入弹塑性状态,但变形满足大震不倒的要求。对有外叶墙模型和无外叶墙模型的动力弹塑性计算结果进行对比,随着输入地震波峰值加速度增大,两者结构响应发展趋势基本一致,无外叶墙模型的结构位移响应略大于有外叶墙模型,两者构件损伤位置和损伤发展趋势基本一致,无外叶墙模型墙体损伤程度略大。分析结果表明,在结构弹塑性状态下,外叶墙和桁架筋对结构抗震能力具有一定贡献,降低结构在地震作用下的损伤。     

未知输入下基于响应重构的结构损伤识别

本文提出一种基于响应重构和遗传算法相结合的结构损伤识别方法,在状态空间域内,输入未知、输出数据不完整情况下对结构进行损伤位置和程度的研究。该方法直接采用结构测量动力响应作为损伤指标,利用少数已知测量响应,通过状态空间域内马尔科夫系数组成的传递矩阵来重构其他目标位置的动力响应,采用重构目标位置响应和测量响应的差值构建遗传优化算法的目标函数,对未知输入、少数测点输出情况下的结构进行损伤识别。悬臂梁的数值算例和试验结果表明,在结构单损伤、多损伤以及均匀损伤情况下,同时考虑一定测量噪音水平,该方法仍能准确重构目标位置的动力响应和识别结构的损伤位置及大小,验证了该方法的正确性和有效性。     

基于固有模态函数振动传递率的结构损伤识别

提出了无需量测外荷载的新的结构损伤识别方法,将经验模态分解应用于结构损伤识别,通过求振动响应信号固有模态函数的振动传递率,构建结构损伤识别参数;通过对预置不同开胶损伤程度的玻璃幕墙试件进行动态测试,得到不同损伤程度下玻璃幕墙的固有模态函数振动传递率,并根据振动传递率的差别来识别和评估玻璃幕墙开胶损伤程度。研究结果表明:与传统方法相比,该方法无需量测外荷载也能精确识别结构损伤,通过损伤参数值也能判断损伤大小。     

基于ERA算法的结构损伤识别及试验研究

针对多孔砖砌体结构,分别进行了理论计算、有限元分析及其基于特征值实现法（ERA）的模态实验分析,通过对比表明3种方法分析的结果较为吻合,说明了识别的结果的正确性。根据识别出的频率,得出了损伤前后的变化规律,说明随着墙体的开裂,刚度迅速下降,极限荷载以后刚度衰减趋于平缓,表明损伤识别分析结果与多孔砖砌体压剪实验结果一致。     

基于单元相对刚度系数的结构损伤识别研究

提出了一种基于单元相对刚度的结构损伤识别方法。该方法以结构刚度变化率为损伤指标,定义结构的相对刚度系数,利用特征方程,通过矩阵变换得到结构损伤指标的相对刚度系数表达式,采用快速傅里叶FFT与贝叶斯相结合的方法(Fast Bayesian FFT)识别结构的模态参数,计算相对刚度系数,进而得到结构的损伤指标,便同时得到结构的损伤程度和损伤位置。利用Simulink模拟结构响应,识别结构模态参数,计算损伤指标判断结构损伤。结果表明,基于单元相对刚度系数的方法能利用较少的模态参数,实现单损伤和多损伤的定位和损伤程度识别,具有一定的抗噪能力,且精度较高。     

基于有限测点信息的大型空间网架结构智能工作状态评估技术研究

针对大型空间网架结构的特点,建立基于有限测点信息的智能工作状态评估技术。该技术是首先通过测量少数网架结构杆件的响应信息,获得结构响应的峰因子;再通过安置在网架结构上的风压力传感器获得结构的荷载信息,采用BP神经网络法和加权荷载本征模态分解法分别精确识别作用在网架结构上的平均风荷载和脉动风荷载;并通过安置在网架结构上的加速度传感器获得结构在环境激励下的加速度响应信息,对结构进行有限元模型修正;然后采用正向演绎的方法,得到整个网架结构的工作状态,根据预先设定的安全级别就能对其进行工作状态的评估。最后,通过该技术成功地应用于深圳市民中心屋顶网架结构的智能健康监测系统中,说明该技术的可行性和有效性。     

基于不完备信息的桥梁结构损伤识别应用研究

诊断结构损伤时往往需要完备的自由度信息,然而在实际工程中很难测量到结构的全部自由度信息。本文通过一简支桥梁结构有限元模型的数值模拟,利用O’Callahan改进缩聚法与Kidder动态扩阶法进行自由度匹配,获取结构所需的完备自由度信息,在此基础上用模态应变能法较好地实现了测试信息不完备情况下的简支桥梁结构损伤识别。该方法简单可靠,可为实际工程应用提供参考。     

序列型地震作用下无筋砌体结构抗震性能分析

一次大地震后往往伴随有强余震,建筑结构在地震作用下会产生累积损伤效应,余震可能会进一步加重结构的损伤。为了研究序列型地震作用下无筋砌体结构的抗震性能,采用有限元方法对一栋5层无筋砌体结构进行整体式建模,选取了12条实测序列型地震波,通过时程分析方法分析无筋砌体结构的位移响应,计算结果表明,当余震相对强度大于0.8时,序列型地震作用下无筋砌体结构的最大层间位移角是单震作用的1.1倍以上,余震的影响不可忽略。设防地震和罕遇地震作用下,余震作用导致无筋砌体结构损伤累积效应明显,无筋砌体结构的地震响应随之增大。     

基于不完整频响函数的结构损伤识别方法

对土木工程结构的分析模型,在传感器不完整布置的情况下,推导基于不完整频响函数的"定性—定位—定量"的损伤识别方法。首先,利用不完备的频响函数图形的偏移程度进行损伤的定性判定;然后,建立损伤识别指标对损伤位置进行识别;最后,推导损伤定量计算方法,对损伤程度进行评估。仿真结果表明,本文提出损伤识别3阶段方法,对结构损伤探测的评估能得到比较满意的结果。     

预应力平行圆管混凝土空心板柱结构地震后承载力试验研究

建造了一个4层现浇无粘结预应力混凝土空心板柱结构的1/4比例模型,分别进行地震前第3层楼板弹性范围内的荷载试验和地震后第1层楼板极限荷载试验,通过测量楼板挠度、钢筋应力及空心楼板的裂纹发展情况,探求预应力混凝土空心板柱结构地震的损伤破坏,楼板的承载能力的变化情况。试验结果表明,在相同荷载作用下,楼板跨中、平行布管方向预应力暗梁和垂直布管方向预应力暗梁跨中地震后挠度均大于地震前。空心楼板的整体性较好,强烈地震对楼板的刚度响应较小,楼面承载力试验过程仍可划分为三个阶段:弹性阶段,开裂扩展阶段和破坏阶段。地震对垂直布管方向预应力暗梁刚度影响大于平行布管方向预应力暗梁,垂直布管方向预应力暗梁跨中挠度地震后比地震前增大程度明显大于平行布管预应力暗梁。基于前述试验结果,并考虑空心楼板的裂纹发展情况,建立了空心楼板极限荷载状态下的塑性铰线分析模型,计算空心楼板的极限荷载略小于试验结果,计算结果与试验数据吻合较好。     

高层建筑结构抗风分析的Pushover方法

以某高层建筑结构为例,进行了强风作用下结构的弹塑性风振响应时程分析,在此基础上,进行了将静力弹塑性Pushover方法用于结构抗风设计的可行性研究。通过动力时程分析、规范静力分析及Pushover抗风分析结果的对比发现:在风荷载较小的情况下,高层建筑结构处于弹性状态,由规范给出的静力等效风荷载方法计算得到的结构风振响应可以满足实际工程的需要。在强风作用下,高层建筑结构的部分构件进入塑性变形状态,用所提出的Pushover抗风分析方法计算得到的结构位移响应与时程响应分析结果吻合,而规范静力分析方法的结果偏小。     

基于压缩感知理论重构压电阻抗信号的钢结构损伤识别

基于压电阻抗(electromechanical impedance, EMI)技术,针对结构损伤识别提出了阻抗/导纳数据压缩与重构的方法,利用随机矩阵将监测系统中的原始阻抗数据向量进行线性映射,并将映射后的向量输入到接收系统中;基于压缩感知理论将重构原始数据的问题转化成非确定性多项式问题,并基于凸优化(convex optimization, CO)理论求解;在损伤识别阶段,利用均方根偏差(root mean square deviation, RMSD)统计指标对重构阻抗数据的识别效果进行评估,并与使用原始阻抗数据的效果进行对比。利用简支钢梁的局部损伤识别试验采集的阻抗数据证明所提出方法的有效性。结果表明：基于重构阻抗数据能够有效识别结构损伤,基系数矩阵的稀疏度随着测量数的减少而降低,一致球集合对应的稀疏度区间低于其他测量矩阵,阻抗数据重构效果随着压缩率的增加而减弱,当压缩率高于2.0时,部分使用重构阻抗数据识别结构损伤的误差将大于20%,损伤识别精度降低。     

大型地下洞室三维弹塑性损伤动力有限元分析

采用动力时程分析法研究地下洞室地震响应特性。根据运动学动力平衡方程,以Newmark直接积分法为基础,结合三维弹塑性损伤有限元理论,编写动力时程计算程序。采用塑性附加荷载、损伤附加荷载思想考虑单元塑性及损伤情况,每时步计算对单元损伤状态进行继承,反映损伤不可逆性。采用增量变塑性刚度迭代法,求解非线性动力方程。计算结果表明,该方法一般3步内收敛,计算快,精度高。阐述大型地下洞室动力响应时程分析中,模型边界条件的设置方法及动荷载的输入方式。通过对渔子溪大型水电站地下厂房洞室群的模拟计算表明,该程序计算速度较其他商业程序速度快,计算结果合理,准确,可以应用于地下工程动力时程分析。     

基于动力特性的工程结构损伤识别技术(一)

基于动力特性的损伤识别技术是结构损伤识别的有效方法.介绍了基于动力特性的损伤识别技术研究现状,对基于结构振动响应和系统动态特性参数进行损伤识别的方法和原理进行了评述,提出了结构动力特性的损伤识别技术有待于研究的问题.