钢—混凝土组合构件连接件损伤识别

论文摘要

钢-混凝土组合构件自出现以来,在大跨桥面梁、工业建筑中的重荷载平台梁和吊车梁以及对结构高度和自重有较高要求的民用建筑组合楼盖中得到了广泛应用。抗剪连接件是使钢梁与混凝土板组合在一起共同工作的关键部件,其松动、损伤甚至脱落,将削弱组合构件梁板之间的共同工作性能,使得结构刚度和承载能力下降,甚至会导致结构的突然失效或倒塌等严重后果。而连接件在工程建成后属于隐蔽性工程,其损伤难以被及时发现。因此,研究适用于组合构件连接件的状态监测和损伤识别的方法具有重要意义。本文针对钢-混凝土组合梁,分别运用整体动力特性、局部动力响应时程和基于压电陶瓷机电耦合阻抗测量的非破环监测方法对其界面连接件的损伤进行了识别。主要研究工作如下：1.设计和制作一根带可移除连接螺栓的钢-混凝土组合梁,用于模拟不同程度的界面连接件的损伤。通过在组合梁试件中设置与螺栓直径相配套的套筒,使连接件能够方便的松动和移除,以实现预设的损伤方案。2.在不同的损伤状况下对组合梁进行锤击试验,用LMS采集输入输出信号,并用LMS提供的PolyMax方法识别模态参数,通过组合梁的振动频率、振型等模态参数识别对界面损伤进行了诊断,探讨了不同损伤指标的灵敏性。3.提出了一种基于结构局部动力响应测量的非参数化损伤识别方法,并通过试验实测数据进行了验证。在各种损伤状况下进行激振试验,直接运用加速度时程响应基于神经网络实现了界面损伤识别。采用激振器对组合梁进行激励,用完好状态下子结构的加速度响应训练神经网络,将其作为完好状态子结构的非参数化模型。当连接件损伤发生时,试验实测加速度响应将有异于该网络模型预测的响应。通过定义适当的评价指标,对连接件损伤的存在及严重程度进行识别。4.对基于压电陶瓷阻抗测量的损伤识别原理进行分析的基础上,进行了基于阻抗测量的钢-混凝土组合梁界面损伤识别的试验,测量了不同位置的压电陶瓷的阻抗值,定义了基于连接件损伤前后阻抗值的变化的损伤识别指标,实现了钢-混凝土组合梁界面连接件的损伤识别,并探讨了基于阻抗测量的界面损伤监测的敏感范围,为工程运用提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 钢-混凝土组合构件的研究和应用概况
• 1.2.1 钢-混凝土组合构件在我国的研究概况
• 1.2.2 钢-混凝土组合构件在工程中的应用
• 1.2.3 钢-混凝土组合构件连接件的概述
• 1.3 结构的损伤识别
• 1.3.1 结构损伤的定义
• 1.3.2 损伤识别的意义
• 1.3.3 常见的结构损伤识别方法
• 1.3.4 损伤识别技术的发展趋势
• 1.4 本文主要研究工作
• 第2章 试验构件设计和制作
• 2.1 引言
• 2.2 试件设计
• 2.2.1 构件截面尺寸
• 2.2.2 构件材料
• 2.2.3 界面连接件的计算
• 2.2.4 螺栓类别
• 2.3 试件制作
• 2.3.1 钢梁简支
• 2.3.2 连接件安装
• 2.3.3 支模和浇筑
• 2.4 成型构件及其对损伤的模拟
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于模态参数的组合梁连接件损伤识别
• 3.1 引言
• 3.2 基本振动理论
• 3.3 基于模态参数的结构损伤识别的理论基础
• 3.3.1 模态参数识别的基本理论
• 3.3.2 基于结构参数变化的损伤识别
• 3.4 钢-混凝土组合梁锤击试验和试验结果分析
• 3.4.1 振动测试的目的
• 3.4.2 振动测试方法的特点
• 3.4.3 锤击试验所采用的仪器和设备
• 3.4.4 锤击试验设置
• 3.4.5 振动模态分析
• 3.4.6 基于频率变化的损伤识别
• 3.4.7 基于振型向量的损伤识别
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于非参数化模型的组合梁连接件局部损伤识别
• 4.1 引言
• 4.2 神经网络理论
• 4.2.1 人工神经网络的发展和应用
• 4.2.2 人工神经元
• 4.2.3 神经网络的拓扑结构与学习算法
• 4.2.4 BP神经网络模型
• 4.3 基于加速度建立神经网络的理论基础
• 4.4 钢-混凝土组合梁激振试验和试验结果分析
• 4.4.1 激振试验所采用的仪器和设备
• 4.4.2 激振试验设置
• 4.4.3 神经网络的构造和训练
• 4.4.4 损伤识别分析及结果
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于阻抗测量的组合梁连接件损伤识别
• 5.1 引言
• 5.2 压电性能的介绍
• 5.2.1 压电材料
• 5.2.2 压电材料的主要性能参数
• 5.2.3 压电效应
• 5.2.4 压电方程
• 5.3 压电阻抗法
• 5.3.1 一维压电阻抗模型
• 5.3.2 压电阻抗法的基本原理
• 5.3.3 压电阻抗法的国内外研究概况
• 5.3.4 压电阻抗法的优点
• 5.4 阻抗测量试验及结果分析
• 5.4.1 压电陶瓷片的型号及粘贴
• 5.4.2 试验设置
• 5.4.3 PZT敏感范围研究
• 5.4.4 损伤识别试验研究和结果分析
• 5.5 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录