《基于模态应变能的钢结构损伤识别研究（学位论文-工学）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于模态应变能的钢结构损伤识别研究（学位论文-工学）（113页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、西 安 建 筑 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文基于模态应变能的钢结构损伤识别研究专 业 ： 防 灾 减 灾 工 程 及 防 护 工 程硕 士 生 ： 张 斌指 导 教 师 ： 赵 歆 冬 副 教 授摘 要土 木 工 程 结 构 在 服 役 期 可 能 受 到 地 震 、 台 风 、 火 灾 以 及 环 境 腐 蚀 等 各 种 自 然和 人 为 的 影 响 ， 这 些 影 响 会 使 结 构 的 构 件产生 损 伤 。 当 损 伤 积 累 到 一 定 程 度 时 ，构 件 的 可 靠 性 会 随 之 降 低 ， 进 而 导 致 整 个结构 发 生 破 坏 。 因 此 ， 对 既 有 结
2、构 进 行损 伤 识 别 并 对 其 加 固 可 以 延 长 结 构 的 使 用 寿 命 ， 减 少 大 量 重 建 资 金 的 投 入 。目 前 ， 国 内 外 众 多 学 者 已 提 出 多 种 土 木 工 程 结 构 的 损 伤 识 别 方 法 。 本 文 详 细论 述 了 这 些 方 法 ， 并 对 比 分 析 了 各 种 方 法的优 缺 点 ， 提 出 了 结 构 损 伤 识 别 研 究 目前 存 在 的 问 题 。 在 此 基 础 上 本 文 重 点 对 基于模 态 应 变 能 的 结 构 损 伤 识 别 方 法 进 行了 深 入 研 究 。首 先 ， 本 文 研 究 了 基 于
3、模 态 应 变 能 变 化 率 的 结 构 损 伤 定 位 法 。 为 了 检 验 该 法对 于 不 同 钢 架 结 构 的 定 位 效 果 ， 本 文 利 用 ANSYS 软件分别建立了一个平面钢架模型 和 一 个 空 间 钢 架 模 型 ， 模 拟 了 九 种 不 同的损 伤 工 况 。 由 于 该 法 需 要 结 构 损 伤 前与 损 伤 后 的 模 态 参 数 ， 本 文 还 对 两 种 钢 架的完 好 结 构 （ 未 损 伤 结 构 ） 与 九 种 损 伤工 况 进 行 了 模 态 分 析 ， 提 取 了 相 关 参 数 。利用 这 些 参 数 计 算 了 两 种 钢 架 结 构 不
4、 同工 况 各 单 元 损 伤 前 后 的 模 态 应 变 能 变 化 率，并 进 行 了 对 比 分 析 。 算 例 结 果 表 明 ：对于单损伤工况，该法只能定位损伤程度为 30%以上的损伤；对于多损伤工况，若 未 知 损 伤 单 元 个 数 ， 该 法 无 法 完 成 准 确定位 。 此 外 ， 本 文 还 发 现 在 相 同 的 损 伤程 度 下 ， 该 法 对 斜 撑 定 位 的 灵 敏 度 高 于 对 其 他 杆 件 定 位 的 灵 敏 度 。其 次 ， 本 文 对 基 于 模 态 应 变 能 变 化 率 的 结 构 损 伤 定 位 法 进 行 了 改 进 ， 重 新 定义 了 损
5、 伤 定 位 指 标 ， 利 用 上 述 钢 架 和 损 伤工况 对 改 进 后 的 方 法 进 行 了 验 证 。 验 证结果表明：对于单损伤工况，改进后的方法可定位损伤程度为 10%以上的损伤；对 于 多 损 伤 工 况 ， 无 需 预 知 损 伤 单 元 个 数 ， 该 法 即 可 较 好 地 完 成 定 位 。最 后 ， 本 文 还 对 结 构 损 伤 程 度 的 估 计 指 标 进 行 了 研 究 。 在 研 究 了 学 者 提 出 的各 种 模 态 应 变 能 结 构 损 伤 程 度 估 计 指 标 的基础 上 ， 本 文 首 次 提 出 了 基 于 单 元 模 态西 安 建 筑
6、科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文应 变 能 比 值 的 损 伤 程 度 估 计 指 标 ， 并 利 用上述 的 两 种 钢 架 模 型 进 行 了 检 验 。 检 验结 果 表 明 ： 该 指 标 对 于 平 面 钢 架 模 型 各 种工况 的 损 伤 程 度 估 计 值 偏 小 ， 但 是 对 于空 间 钢 架 模 型 各 种 工 况 的 损 伤 程 度 估 计 值较为 精 确 。 此 外 ， 该 损 伤 程 度 估 计 指 标还 可 以 精 确 定 位 空 间 钢 架 模 型 的 损 伤 位 置 。关 键 词：损伤定位 模 态 分 析 损 伤 指 标 损伤程度估计 模 态 应 变 能
7、西 安 建 筑 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文Study on Damage Identification of Steel Structure Based on theMethod of Modal Strain EnergySpecialty: Disaster Prevention Mitigation and Shelter EngineeringName: Zhang BinSupervisor: Associate Prof. Zhao XindongAbstractCivil engineering structures may be damaged by all kin
8、ds of natural environmentand man-made destruction, such as earthquake, typhoon, fire and environmentalcorrosion. The damage would make the components of structure crack. When damageaccumulates to a certain extent, the reliability of the components would decrease, andthe whole structure will be destr
9、oyed. Therefore, identifying and reinforcing the damageof existing structure can prolong its service life, and save a large amount ofreconstruction funds.At present, there are lots of damage identification methods. These damageidentification methods are described, and the advantages and disadvantage
10、s of themethods are compared, and the problems of the current damage identification methodsare put forward. In addition, the methods of modal strain energy are the focus of thispaper.Based on the concept of elemental modal strain energy, first of all, a method forstructural damage identification cal
11、led elemental modal strain energy changes ratio ispresented. In order to validate the positioning effects of the different steel-framedstructures, a plane steel frame and a three-storey space steel frame are established byFEM software ANSYS, and nine different damage cases are simulated. Because of
12、theneed of some modal parameters, model analysis are proceeded for the two steel framesdamaged and undamaged, and the modal parameters are extracted. The numericalresults show that the method could locate single damage cases that the damage extent ofdamaged component is above 30%. But for multiple d
13、amage cases, if the number of西 安 建 筑 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文damaged components is unknown, this method is invalid. Besides, it is also found thatthe sensitivity of locating the damaged diagonal rods is much higher than the sensitivityof locating the anther damaged rods.Secondly, an improved structural d
14、amage method is developed, and the damagelocation index is redefined. The numerical simulation analysis results of the sameplane steel frame and three-storey space steel frame show that the new method couldnot only locate single damage cases that the damage extent of damaged component isabove 10%, b
15、ut also locate multiple damage cases without predicting the number ofdamaged components.At last, according to the elemental strain energy ratio before and after the structuraldamage, an index for estimating damage degree is presented. Numerical study of thetwo frames is carried on to estimate the da
16、mage degree. Results indicate that the indexof the plane steel frame is somewhat smaller. But for the three-storey space steel frame,the value of estimation is closed to the true damage degree. In addition, the index couldlocate different damage cases of the three-storey space steel frame.Key word: damage localization, modal analysis, damage index, damage degreeestimation, modal strain energy西 安 建 筑 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文目 录第一章 绪 论 .
