地震作用下结构位移的测量与分析研究

摘要

由以往的震害资料可知，大量的结构在第一次地震后没有直接倒塌或产生肉眼可见的变形，但已经存在一定程度的损伤。由于不能快速有效地发现这些结构的损伤并及时对其进行性能评估，从而影响了抗震救灾工作，受损结构在余震来临时会发生更为严重的破坏。由于震后诸多不确定因素，传统的接触式测量方法在震后严重受限，因此，本文采用基于视觉的非接触式测量方法对地震作用下结构位移进行测量。进而针对钢筋混凝土框架结构，通过结构震后残余位移反推震中的最大位移，并使用上述两个指标对结构进行快速评估。主要研究内容如下： （1）对基于视觉的测量方法在实验室内外的研究及实践进行了回顾，总结了他们的测量目标、使用的设备、通过何种方法及存在的不足等；回顾了最大位移与残余位移之间关系的研究，总结了前人的研究方法、计算模型的形式和地震动记录的选择等。 （2）设计并进行钢筋混凝土-填充墙结构模型的大型振动台试验，通过MATLAB编写基于视觉的位移测量程序，使用单个相机，测量结构模型的各楼层位移。使用基于形状的追踪方法，对比不同的滤波和图像处理函数，消除试验过程中噪声、夜间光照强度低和光照不均匀等干扰对测量结果的影响。 （3）对比分析传统测量的和基于视觉的测量方法得到的楼层位移和加速度时程曲线。测得结构模型在白噪声下的位移响应数据，使用特征系统实现算法对结构模型进行模态参数识别，得到各工况下结构的模态频率、模态阻尼比等参数。 （4）依据我国现行规范，使用PKPM设计一幢三跨六层的钢筋混凝土框架结构学生宿舍楼，并将其在OpenSees有限元软件中建模分析。以Sa（T1）为地震动强度指标进行调整，使用65条原始地震动记录对该结构进行非线性动力分析，提取各工况下结构最大及残余层间位移角并进行线性拟合。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 基于视觉的健康监测研究现状

1.3 残余位移研究现状

1.4章节安排

第2章 振动台试验及软件介绍

2.1 试验研究的内容和目的

2.2 实验设备及模型介绍

2.3 传感器布置和目标板选择

2.3.1 目标板选择

2.3.2 传感器布置

2.4 试验工况介绍

2.5数字图像处理与计算机视觉

2.5.1 数字图像处理的发展

2.5.2 数字图像的表示和坐标约定

2.6 目标板追踪的方法

2.7 软件介绍

2.8 本章小结

第3章 基于视觉的测量程序编写和试验验证

3.1 相机校核

3.1.1 光学畸变

3.1.2 确定转换系数

3.2 图像获取

3.3 图像预处理

3.3.1 图像增强

3.3.2 滤波降噪

3.3.3 阈值分割及图像二值化

3.3.4 形态学运算

3.4 目标板捕捉

3.5 位移测量结果分析对比

3.5.1 各楼层位移对比

3.5.2 相似系数计算及误差分析

3.5.3 加速度对比分析

3.6 结构模型X方向模态分析

3.6.1 模态参数识别方法

3.6.2 模态参数识别结果

3.7 本章小结

第4章 地震作用下残余位移和最大位移的关系

4.1 OpenSees软件和模型介绍

4.1.1 软件介绍

4.1.2 模型介绍

4.2 地震波选择

4.3 静力推覆分析

4.4 框架结构动力时程分析

4.4.1 地震动强度指标的选取和调整

4.4.2最大层间位移角及残余层间位移角分布

4.5 公式拟合和数据分析

4.5.1 数据归一化和公式拟合

4.5.2 数据分析

4.6 本章小结

总结与展望

结论

展望

参考文献

致谢

附录 攻读学位期间所发表的学术论文