基于波動理論的結構損傷識別.pdf

1、近年來，世界范圍內地震頻發(fā)，嚴重地威脅到了人民的生命和財產安全。而震后及時檢測結構的損傷并評估其潛在的倒塌風險，可以有效降低人民生命財產損失。當然，及時評估結構的安全性也可以避免震后的無意義疏散，保障醫(yī)院等震后非常重要的結構的正常運營。地震作用下結構的損傷識別研究很早就成為土木工程領域中研究的一個重要課題，但是大多數的研究都集中于分析結構的模態(tài)信息，而基于波動理論的損傷識別研究相對較少，已有的一些研究已經表明基于該方法提出的損傷指標具有

2、物理意義明確、對損傷敏感性較強等優(yōu)勢。因此，論文從結構在地震作用下的波動解法入手，以剪切波速為指標，研究結構在地震作用下的損傷識別，主要工作和結論包含以下幾個方面：
　　①基于波動的觀點，分析了地震作用下結構不同層動力反應之間的關系；分別推導了剪切梁和Timoshenko梁波動方程的解，闡述了脈沖響應函數和傳遞函數的定義及計算公式，并對剪切梁脈沖響應函數的解析公式進行了推導。
　?、诎炎R別結構剛度損傷的問題轉化為識別結構的剪

3、切波速的問題，并采用兩種不同的方法（互相關函數法和脈沖響應函數法）識別結構的剪切波速；互相關函數法基于金井清公式，直接對結構的動力響應進行互相關分析，從而得到響應之間的延時，進而得到結構的剪切波速；而脈沖響應函數法則基于剪切梁脈沖響應函數的解析公式，通過分析脈沖響應函數中峰值的偏移來得到響應之間的延時得到結構的剪切波速；將兩種方法應用于兩個實際結構和一個振動臺試驗模型，結果證明兩種方法能準確識別結構剪切波速的變化趨勢；最后，對記錄采樣率

4、對識別結果的影響進行了分析，并以一實際結構進行了驗證，證明在一定范圍內提高采樣率可以降低識別誤差。
　　③采用模型擬合的方法來識別結構的剪切波速；以模型預測的脈沖響應函數和實際脈沖響應函數之間的誤差作為最優(yōu)化指標，分別采用剪切梁模型和Timoshenko梁模型來擬合結構在地震作用下的動力響應，誤差最小時模型的剪切波速即為結構的剪切波速；通過兩個實際結構和一個振動臺實驗數據證明兩種方法都能有效識別結構的損傷，并與互相關函數法和脈沖響

5、應函數法的結構進行了對比，分析了不同方法的適用范圍；最后，對基于Timoshenko梁模型擬合的方法進行了改進，提出了多步細化識別策略，并合理的縮減了模型待識別參數，從而有效提高識別方法的效率。
　　本文的主要創(chuàng)新點包括：
　?、倩诓▌佑^點提出了以剪切波速為指標、直接基于結構動力反應記錄的結構損傷識別方法。
　?、诓捎脙煞N梁模型來擬合結構的動力反應，通過最小化模型與實際結構之間的誤差來識別結構剪切波速，進而判斷結構損