基於振型平移與振型轉角改變的框架結構損傷檢測研究

《基於振型平移與振型轉角改變的框架結構損傷檢測研究》是依託華中科技大學，由李林擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於振型平移與振型轉角改變的框架結構損傷檢測研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李林
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

框架結構是廣泛使用的結構形式，監測其健康狀況從而保證結構安全對於保護人民生命財產安全和維護社會穩定具有重要意義。框架梁、柱的損傷會導致模態頻率、振型等結構模態參數發生變化，因此，以能夠較為準確獲得的結構低階模態參數及其導出量構建損傷檢測指標，根據結構損傷前後損傷檢測指標的變化情況有可能識別框架梁、柱的損傷。特別是隨著感測技術的不斷進步，轉角加速度感測器已逐漸發展成熟，使得通過實驗模態分析不僅能夠獲得固有頻率和振型平移，還能夠獲得振型轉角。在本項研究中，通過在框架結構梁、柱結點處安裝平移和轉角加速度感測器，進行包括識別結構振型轉角在內的實驗模態分析研究，豐富模態識別理論；在模態參數識別和損傷敏感性分析的基礎上，構建基於低階振型平移與振型轉角的損傷檢測指標，根據結構損傷前後損傷檢測指標的變化，運用疊代算法，實現框架結構梁、柱損傷定位和損傷程度識別。

結題摘要

框架結構是目前廣泛使用的結構形式，探索簡便有效的框架結構損傷檢測方法具有重要意義，本項目研究了基於振型斜率和振型轉角改變的框架結構損傷檢測。主要內容包括框架結構樑柱節點轉角的獲取方法、振型斜率和振型轉角對樑柱損傷的敏感性分析和基於結構一階振型斜率改變和振型轉角改變的框架結構損傷檢測方法。在樑柱節點轉角獲取方法研究中發現，通過直接測試得到的垂直於樑柱軸線的線位移，利用梁單元的形函式，能夠將線位移轉化為樑柱節點的轉角位移。獲得準確節點轉角位移需要線位移具有足夠高的測試精度。推導了振型斜率和振型轉角對樑柱損傷的敏感性係數表達式，損傷敏感性的理論和數值分析表明，框架結構某層一階振型斜率對該層柱剛度的敏感性係數恆為負值，即當某層柱發生損傷時，該層一階振型斜率一定增大，利用此結論可檢測柱損傷。當框架結構某根桿件損傷時，損傷桿件的端節點一階振型轉角對損傷最為敏感。對於柱，損傷導致損傷柱兩端節點一階振型轉角減小；對於梁，損傷導致損傷梁兩端節點一階振型轉角增大。此規律可用於損傷樑柱的定位。根據敏感性分析結果，提出了基於一階振型斜率改變和一階振型轉角改變的框架結構損傷檢測方法。對於柱損傷，首先根據修正一階振型斜率改變值的符號和改變幅度判別損傷柱所在的層，然後根據柱端振型轉角改變判別具體的損傷柱位置，最後根據修正一階振型斜率改變值的大小判別損傷程度。對於梁損傷，首先根據梁端修正一階振型轉角改變值的符號和改變幅度判別損傷梁的位置，然後根據梁端修正一階振型轉角改變值的大小判別損傷程度。數值算例表明，本項目提出的損傷識別方法具有良好的檢測精度。隨著動態轉角感測器的逐漸成熟，本方法套用於框架結構的損傷檢測具有廣闊的前景。