基于一阶振型斜率的框架结构损伤识别研究

论文摘要

对结构进行损伤识别和健康监测能够有效防止灾难性失效的发生,而且尽早发现结构损伤能够大幅降低结构维护费用。本文围绕一阶振型斜率,验证当某层的第一阶振型斜率改变值大于0时,该层可能为损伤单元,可以用于判定和标定损伤;在结构上设定了损伤,并用该损伤指数对该损伤进行识别;改变模型的自身刚度及层高等条件,观察损伤指数随之改变的规律,并分析产生这些改变的原因,提出辅助的识别方法。本文从以下几方面进行了研究,并取得了一些有价值的研究成果:1)了解各种基于模态参数的损伤识别方法,在此基础上对基于一阶振型斜率变化值的损伤参数进行了深入研究,并对其损伤定位理论进行理论分析,为随后的数值分析中的损伤定位和损伤大小识别作了准备。2)利用ETABS软件建立9层框架结构有限元分析模型,通过改变损伤部位的刚度来模拟损伤,进行结构完好状态和损伤状态模态分析来验证一阶振型斜率改变值这个损伤识别参数的有效性。发现在单损伤工况中一阶振型斜率改变值能够较准确的识别损伤位置,而在多损伤工况中识别参数的准确性不足,需要运用分步识别修复方法来辅助进行损伤定位。3)改变模型自身的横梁线刚度及层高等条件,损伤指数随之发生改变,在层高及横梁刚度不尽相同的结构中,一阶振型斜率改变值在单损伤及多损伤工况中准确性均不足,单损伤工况中可以结合损伤前后同一个节点的一阶振型位移改变值与一阶振型斜率改变值共同进行识别;而在多损伤工况中可以采用损伤定位置信准则(DLAC)和多位置损伤定位置信准则(MDLAC)来排除一阶振型斜率改变值对于损伤的误判,并结合分步识别法较准确的识别多损伤的位置。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 论文研究的目的与意义
• 1.2 结构损伤识别研究现状
• 1.2.1 结构损伤识别及健康监测
• 1.2.2 结构损伤识别的发展状况
• 1.2.3 结构损伤识别方法
• 1.3 本文研究内容
• 2 基于振型斜率变化的损伤指数研究
• 2.1 结构模态参数的敏感性分析理论
• 2.2 特征值和特征向量的敏感性分析
• 2.2.1 振型敏感性分析
• 2.2.2 振型斜率敏感性分析
• 2.3 基于一阶振型斜率改变的损伤定位理论
• 2.4 本章小结
• 3 多层框架结构损伤识别的数值分析
• 3.1 有限元法及ETABS 软件介绍
• 3.1.1 有限元法处理力学问题的基本思路
• 3.1.2 有限元分析的主要步骤
• 3.1.3 ETABS 软件
• 3.2 数值模型
• 3.3 结构未损伤状况下的模态参数
• 3.4 损伤识别结果讨论
• 3.4.1 单一损伤工况的识别
• 3.4.2 多损伤工况的识别
• 3.5 结构物理特性对损伤识别的影响
• 3.5.1 层高对于结构损伤识别的影响
• 3.5.2 梁刚度对于结构损伤工况的识别的影响
• 3.6 本章小结
• 4 结语
• 4.1 本文的主要结论
• 4.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读学位期间发表论文目录
• 附录2 第3 章附表