利用残余力概念进行结构损伤识别.pdfVIP

第27卷，第4期 中 国 铁 道 科 学 V01．27No．4 2 006年7月 CHINARAILWAYSCIENCE July，2006 文章编号：1001-4632【2006)04-0068—03 利用残余力概念进行结构损伤识别 张增军1，张猛1’2，张子富3 (1．同济大学建筑工程系，上海200092；2．郑州大学土木工程学院，河南郑州450002； 3．国家电力建设研究所，北京100055) 摘要：提出一种利用残余力进行结构损伤识别方法。用刚度损伤系数将有限元模型参数化来描述结构的 损伤。用特征值和特征向量预测算法构造目标函数，利用两点交叉算子的二进制代码的遗传算法反复迭代优化 刚度损伤系数，获得待测结构的损伤系数、损伤位置与损伤程度的信息。通过一个平面桁架对该方法进行验证， 结果表明：利用残余力概念进行损伤识别所得结构的损伤系数与理论值很接近。该方法能够较准确地判断结构 的损伤位置和损伤程度。 关键词：无损检测；损伤识别；残余力；目标函数；遗传算法；建筑结构 311．4 中图分类号：TU 文献标识码：A 无损检测方法是根据结构损伤后振动特性的改 程分别为 变进行结构损伤检测的一种方法。结构的动力特性 (一叫；M+回(戗)一{0) (2) (3) (如结构的固有频率、阻尼系数和振型等)，只与结 (一叫，2M++K’){吼)’一{0) 构本身的固有性质有关(如结构的组成形式、刚 式中：i=1，2，…，7z；{椎)为质量归一化的对应 度、质量分布和材料的性质等)，而与荷载等其他 于固有频率∞i的第i阶振型；上角标*表示相应 条件无关。结构损伤的出现势必导致结构动力特性 的受损结构。 的改变，如果这种改变能够很好地被检测和分类的 一般可以认为结构损伤会引起结构刚度的降低 话，就可以通过结构动力特性参数与结构物理力学 而不会引起质量的改变，即 参数间的关系进行结构损伤诊断与健康监测[1’2]。 M+一M (4) 用观察到改变的动力参数与基准参数进行比较判断 K+一K+△K一 (5) 结构的状况，是典型的结构动力参数损伤识别方 法。 式中：Ek-I。和口。分别为第z单元的单元刚度矩阵和 本文提出一种利用残余力得到目标函数，通过 损伤系数，Ot；∈Eo，1]，础一1表示结构没有损伤， 遗传算法反复迭代确定损伤参数值，通过编制C ∞一。表示结构完全破坏；N为单元总数。 语言程序求解最优解的结构损伤识别方法。 出用∞表示的第i阶模态的残余力向量表达式： 1残余力方法 旦 (6) Ri一一∞，2M{伫)++∑∞[愚]￡(仇)。 f=1 对于具有n个自由度的无阻尼结构系统，其动 在损伤情况下，对于第i阶模态，只有∞是一 力学方程可以描述为