基于模态分析的土木结构健康监测方法与系统研究

摘要

土木结构的损坏可定义为结构承载能力在使用期间的减少。承载能力的降低通常归因于结构部件和连接的退化或老化。结构健康监测(StructuralHealthMonitoring，SHM)是对土木结构应用损坏检测策略的过程。结构健康监测过程是通过传感器阵列周期采集动态响应数据来观察结构状态。从采集的动态响应数据中提取对结构损坏敏感的特征，通过对这些特征进行统计分析来决定结构当前的健康状况。外观视觉检测及其他的一些非破坏性评估技术，如光纤，X射线，声发射和超声等传统的非接触测量方法只能给出局部的损伤状况，对于大型复杂结构的检测非常不实用，而且无法给出定量的结构损伤评价。结构振动测量业已被应用于结构的非破坏评估，由于结构损坏导致结构特性的变化影响结构的动态特性，结构的动态特性可以由现场的振动试验来获得。因此，通过测量结构动态特性的变化来进行结构损伤的辨识是自然而然的。通过使用结构振动测试的方法，结构整体的损坏可以得到有效的监测。基于振动测量的结构损害检测最初使用在航空航天和海上工程领域，近年来这种技术在土木工程领域得到广泛的研究，但复杂结构的损害评估对于土木工程师来说仍然是个挑战。 基于模态分析的土木结构健康监测方法的基本思想是结构的模态参数(固有频率，模态振形和模态阻尼)为结构物理特征(质量，阻尼和刚度)的函数。因此，结构物理特性的改变将导致可检测到的模态参数改变。本文围绕基于结构振动测量检测，对定位和定量描述结构系统损伤的方法进行了深入研究。文章以实际土木结构为研究对象，围绕振动信号采集、分析和处理方法，结构模态参数提取方法，以及利用不同模态参数辨识结构损伤状况的各种方法展开研究工作。对各种方法的结构震动检测实现的复杂度与可信度进行了讨论。通过—钢筋混凝土梁的结构震动检测试验，对试验方法，、测量数据处理进行详细的说明，并给出了实际测试结果。对基于振动测试的结构损伤检测技术在实际工程系统中当前与将来的应用进行了总结，并对今后的研究发展方向进行了讨论。

目录

文摘

英文文摘

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第一章 绪论

第二章 结构模态参数提取方法分析

第三章 结构损伤判据的提取方法

第四章 结构健康监测系统分析

第五章 结构振动监测试验

第六章 结论与展望

参考文献

致谢