水工结构动力检测的传感器优化布置与损伤识别方法研究

摘要

水工建筑物的安全监测与损伤识别是当代水利工作者的热点研究课题，水工建筑物的安全性、可靠性对社会稳定和经济的发展产生重要的影响，是关乎国家安定、社会和谐的头等大事。正确评定结构的实际性态和对建筑物进行有效的诊断，是结构可靠工作的基本前提。传感器的优化布置问题是水工建筑物运营状态安全监测和损伤识别首要解决的关键技术，将有限的传感器布置于合适的位置，最大限度的发挥传感器的作用，将提高模态参数的拾取精度。本文针对传感器优化布置问题，在以下几个方面开展了研究工作。
　　 (一)加速度传感器优化布置方法研究。针对传统优化方法的不足，综合测量向量正交性和模态动能的要求，提出了改进MAC准则。在改进MAC准则基础上，提出了以模态矩阵列主元QR分解结果作为初始测点，以整数编码遗传算法补充测点的QR-GA法。最后，采用有效独立法(EI)、基于列主元QR分解的MAC法、有效独立-驱动点残差法和本文提出的QR-GA法对某泵站厂房的牛腿柱进行传感器优化布置。分别采用MAC准则、改进MAC准则、抗噪性能最优准则和振型条件数对这四种方法进行对比分析，结果表明QR-GA法较其它三种传统方法具有明显的优越性。
　　 (二)应变传感器优化布置方法研究。在应变模态保证准则的基础上提出了应变能量模态保证准则SEMAC。该准则综合了应变模态向量正交性和能量的要求，解决了结构动态特性提取与模态参数识别的矛盾。最后，采用本文提出的QR-GA方法对拉西瓦拱坝模型进行了应变传感器优化布置，结果表明本文所提出的准则和方法能够有效的配置应变传感器。
　　 (三)传感器优化布置损伤识别研究。本文建立导墙有限元模型，对其进行加速度传感器优化布置，假定导墙在不同的位置发生不同程度损伤的情况，导出结构损伤前后加速度传感器所测频率变化、振型变化和柔度变化等损伤标识量，从频率变化、振型变化和柔度变化三个方面检验了本文所提出的加速度传感器优化布置方法在损伤识别方面的效果。