预应力混凝土梁损伤检测的动力指纹方法研究

摘要

建筑结构由于自身能耗、长期荷载作用、化学侵蚀、火灾危害、自然灾害及人为破坏等多种因素的影响很容易受到不同程度的损伤，建立并完善相应预警机制能够最大程度地减少结构损伤及其对人民生命和财产带来的损失。如何对建筑结构进行准确地损伤识别、损伤定位及损伤程度的量化是目前的研究热点之一。基于上述背景，本文主要对11根简支预应力梁和4根自由预应力梁进行动力试验，并运用ABAQUS对其进行仿真模拟分析及动力学理论分析，经过动力指纹法研究，结果表明：
　　（1）简支梁动力试验受外部环境干扰较大，振型曲线突变点较多，LMS模态分析极点选择较困难；而自由梁动力试验受外部环境干扰较小，振型曲线光滑，模态分析极点选择容易。
　　（2）综合分析各简支预应力梁前四阶振型和频率值，结果表明：动力测试中，简支梁支座不能起到理想简支约束作用，反而等同于弹性支座。实测高阶频率和振型与简支梁理论值区别明显，实测各阶频率和振型与弹性支座梁理论值基本一致。为今后预应力混凝土梁动力试验和模态分析等研究提供有意义的参考。
　　（3）阐明了自振频率值、模态置信度和模态刚度能够反映预应力梁的真实损伤状态，并利用相应仿真分析验证了这一观点。提出了以实测三阶、四阶频率变化率和模态置信度为损伤指标的BP、PNN神经网络损伤识别方法，研究发现该方法适用于真实试验梁的损伤识别；提出了以实测三阶、四阶模态刚度变化率为损伤指标的BP、PNN神经网络损伤识别方法，研究发现该方法同样能够对试验梁进行有效损伤识别。
　　（4）利用仿真分析阐明了振型变化率、振型比值、DSI指标和曲率模态在预应力梁损伤定位研究中的重要意义，并发现采用低阶模态的损伤定位方法明显好于高阶模态的损伤定位方法；振型变化率、振型比值和DSI指标的定位识别效果基本相同，而曲率模态的定位识别效果明显优于前三种动力指纹方法。另外，利用上述四种动力指纹损伤定位方法对测试效果较好的自由梁进行损伤位置识别表明：各损伤定位方法对试验梁很难进行准确有效的定位识别，各方法还需进一步改进和完善。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 结构损伤检测分类

1.3 损伤检测的动力指纹方法

1.4 动力损伤检测的神经网络智能算法

1.5 结构动力损伤检测存在的问题及发展趋势

1.6 本文主要研究内容

第2章 预应力混凝土梁的动力试验研究

2.1 引言

2.2 试验概况

2.3 部分试验梁测试结果

2.4 本章小结

第3章 动力学理论基础及仿真模拟分析

3.1 引言

3.2 分布质量梁动力学理论

3.3 仿真模拟分析

3.4 本章小结

第4章 简支支座对动力试验的影响分析

4.1 引言

4.2 试验方案可行性分析

4.3 简支梁测试结果分析

4.4 弹性支座模拟梁

4.5 本章小结

第5章 预应力梁的神经网络损伤识别研究

5.1 引言

5.2 神经网络

5.3 损伤识别动力指纹

5.4 神经网络损伤识别

5.5 本章小结

第6章 预应力梁的损伤定位研究

6.1 引言

6.2 损伤定位动力指纹

6.3 模拟梁损伤定位

6.4 自由试验梁损伤定位

6.5 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

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