基于模態(tài)分析的土木結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)方法與系統(tǒng)研究.pdf

1、 土木結(jié)構(gòu)的損壞可定義為結(jié)構(gòu)承載能力在使用期間的減少。承載能力的降低通常歸因于結(jié)構(gòu)部件和連接的退化或老化。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)(StructuralHealthMonitoring，SHM)是對(duì)土木結(jié)構(gòu)應(yīng)用損壞檢測(cè)策略的過(guò)程。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)過(guò)程是通過(guò)傳感器陣列周期采集動(dòng)態(tài)響應(yīng)數(shù)據(jù)來(lái)觀察結(jié)構(gòu)狀態(tài)。從采集的動(dòng)態(tài)響應(yīng)數(shù)據(jù)中提取對(duì)結(jié)構(gòu)損壞敏感的特征，通過(guò)對(duì)這些特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析來(lái)決定結(jié)構(gòu)當(dāng)前的健康狀況。外觀視覺(jué)檢測(cè)及其他的一些非破壞性評(píng)估技術(shù)，如光纖

2、，X射線，聲發(fā)射和超聲等傳統(tǒng)的非接觸測(cè)量方法只能給出局部的損傷狀況，對(duì)于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的檢測(cè)非常不實(shí)用，而且無(wú)法給出定量的結(jié)構(gòu)損傷評(píng)價(jià)。結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)量業(yè)已被應(yīng)用于結(jié)構(gòu)的非破壞評(píng)估，由于結(jié)構(gòu)損壞導(dǎo)致結(jié)構(gòu)特性的變化影響結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性，結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性可以由現(xiàn)場(chǎng)的振動(dòng)試驗(yàn)來(lái)獲得。因此，通過(guò)測(cè)量結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的變化來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷的辨識(shí)是自然而然的。通過(guò)使用結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試的方法，結(jié)構(gòu)整體的損壞可以得到有效的監(jiān)測(cè)。基于振動(dòng)測(cè)量的結(jié)構(gòu)損害檢測(cè)最初使用在航空航天

3、和海上工程領(lǐng)域，近年來(lái)這種技術(shù)在土木工程領(lǐng)域得到廣泛的研究，但復(fù)雜結(jié)構(gòu)的損害評(píng)估對(duì)于土木工程師來(lái)說(shuō)仍然是個(gè)挑戰(zhàn)。 基于模態(tài)分析的土木結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)方法的基本思想是結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)(固有頻率，模態(tài)振形和模態(tài)阻尼)為結(jié)構(gòu)物理特征(質(zhì)量，阻尼和剛度)的函數(shù)。因此，結(jié)構(gòu)物理特性的改變將導(dǎo)致可檢測(cè)到的模態(tài)參數(shù)改變。本文圍繞基于結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)量檢測(cè)，對(duì)定位和定量描述結(jié)構(gòu)系統(tǒng)損傷的方法進(jìn)行了深入研究。文章以實(shí)際土木結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，圍繞振動(dòng)信號(hào)采集、分