含裂纹损伤结构的瞬态响应和损伤识别-结构工程专业论文.docxVIP

3.2 损伤结构位移响应的小波分析 30 3.2.1.悬臂梁30 3.2.2 简支梁31 3.2.3 框架结构32 3.3 本章小结 32 第四章 结论与展望 34 4.1 结论 34 4.2 本文的局限性与展望 34 参考文献 34 致 谢 37 PAGE PAGE 1 第一章 绪 论 1.1 损伤识别研究的意义 近年来，土木工程结构领域的发展日新月异，各种大型复杂结构不断出现。土木工程 结构正在向超大化、复杂化方向发展，如大跨桥梁、超高层建筑、规模巨大的体育馆、剧 院、大型水坝、核电站及近海结构等。超高层建筑的高度、大跨桥梁的跨径、大空间场馆 结构的规模不断刷新记录。然而这类重大工程结构的使用期长达几十年、甚至上百年，在 环境侵蚀、材料老化和荷载的长期效应、疲劳效应及突变效应等灾害因素的共同作用下将 不可避免地导致结构系统的损伤积累和抗力衰减，极端情况下可能引发灾难性的突发事 故。类似的实例不胜枚举。如: 1995 年广州海印大桥拉索锈断，1999 年重庆彩虹桥突然倒 塌; 2000 年台湾高屏大桥事故；2001 年四川宜宾南门大桥桥面断裂坍塌等等。这些事故不 仅造成了重大的人员伤亡和经济损失，而且产生了极坏的社会影响。随着人们对结构安全 的关注，研究人员提出了结构健康监测的概念，目的在于对结构进行服役状态监测，在结 构发生破坏的早期识别到损伤，以此来评估结构安全状况。一方面起到结构性能评估的作 用，另一方面为结构的修缮加固工作提供依据，从而避免常规检修所带来的经济损失以及 不可预期的灾难性事故的发生。 土木工程结构出现损伤和破坏主要有三方面的因素: 第一，结构先天不足。在设计和施工中结构本身具有缺陷，在后期的运营使用中，结 构受力不合理而出现损伤和破坏。 第二，结构设计荷载标准较低，使得在后期使用中，实际荷载大于设计荷，并超龄服 役使得结构发生损伤和破坏。 第三，结构受到超出设计预料的突加荷载作用使结构在短时间内承受的荷超过了设计 所考虑的最大承载能力，从而使结构发生损伤和破坏。在突加荷中地震荷载及风荷载是主 要的破坏性荷载。 因此，如何对建筑结构进行科学的损伤检测和评估，及时准确的了解结构的使用状况， 对减少常规检修带来的经济损失和避免灾害性事件都有重要意义。 1.2 结构损伤识别的发展现状 结构损伤问题的中结构动力修改问题的具体应用和发展是近 20 年来的事。20 多年前， Cawley 和 Adams 就进行了用振动的方法检测工程结构损伤的研究[1]。T.A-L.Kashangaki[2] 于 1991 年以空间站结构为例对结构振动响应的结构损伤检测的基本方法进行了介绍。此 外，J.C.Chen 和 J.A.Garba[3],P.Hajela 和 F.J.Soeiro[4],N.Stubbs[5],S.W.Doebling[6]及 O.S.Salawu[7] 等人均对该问题从不同角度进行了总结。土木工程结构从 20 世纪 80 年代开始研究对桥梁 结构的基于振动的损伤评价。1996 年 Doebling 对这些研究做了总结，包括更好地应用损伤 的非线性响应特征，传感器的数目和位置优化，对微小裂纹的敏感度，区别由于损伤和环 境变化以及测试条件改变等引起的特性改变的能力，统计方法用于区别损伤和非损伤结构 的研究，不同的损伤监测方法一般条件下的对比研究等。 1.3 结构损伤识别的方法 结构损伤检测的问题主要分为三个方面：1 评估结构是否发生损伤；2 如果有损伤则 确定损伤位置；3 确定损伤部位损伤的程度。结构损伤识别技术基本上可以分为两大类:局 部损伤识别(Local DamageIdentification)技术和整体损伤识别(Global Damage Identification) 技术[8-10]。整体损伤识别技术试图评价整体结构的状态，而局部损伤识别技术则依靠成熟 的无损检测技术对某个特定的结构部件进行检测，判断是否有损伤及损伤的程度。整体损 伤识别技术和局部损伤识别技术在大型结构的损伤识别中结合使用效果较好，首先由整体 损伤识别技术识别出损伤的大致位置，然后由局部损伤识别技术对该处的各部件进行具体 的损伤检测。 1.3.1 局部损伤识别方法 目前常用的局部损伤识别方法有目检法、染色法、压痕法、超声脉冲法、x 射线法、r 射线法、光干涉和电磁学法等。绝大多数技术成功应用于检查一定部件的裂缝位置、焊接 缺陷、腐蚀磨损、松弛或失稳等，实际检测中经常几种技术联合使用。 1.3.2 整体损伤识别方法 因为任何结构都可以看作由刚度、质量、阻尼矩阵组成的力学系统，结构一旦出现损 伤，结构参数也随之发生改变，从而导致系统的频响函数和模态参数(固有频率、阻尼和振 3 3 型等)的改变。所以，结构的模态参数的改