1、第9章 基于模態(tài)參數(shù)的結(jié)構(gòu)損傷識別方法哈爾濱工業(yè)大學土木工程學院2013年6月27日課程結(jié)構(gòu)損傷識別與健康監(jiān)測主要內(nèi)容引言損傷識別發(fā)展過程基于模態(tài)參數(shù)的經(jīng)典損傷識別方法例子9.1 引言 全世界重大工程結(jié)構(gòu)倒塌事故時有發(fā)生不包括地震，全世界：近40余座橋梁發(fā)生倒塌。美國每年橋梁投資：90橋梁維修，10新建橋梁美國近60萬座橋梁：性能不足的占所有橋梁的28.6%美國和日本等：經(jīng)濟騰飛時建造的橋梁性能衰退最快我國：公路危橋為9597座，每年實需維修費38億元我國已建公路和鐵路總里程達到423萬公里和11萬公里，位居世界第二!公路橋梁69萬座（世界第一）鐵路橋梁6.5萬座（世界第一）1999年 重慶綦

2、江彩虹橋（巴西P36平臺破壞，2001）2000年臺灣高屏大橋2000年南門大橋事故遼寧盤錦田莊臺大橋（2004年6月10日） 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)成為保障重大工程安全的重要途徑 結(jié)構(gòu)損傷識別技術(shù)成為熱點的研究課題結(jié)構(gòu)是否損傷?完整的損傷識別過程結(jié)構(gòu)損傷位置?結(jié)構(gòu)損傷類型?結(jié)構(gòu)損傷程度?結(jié)構(gòu)是否安全？9.2 結(jié)構(gòu)損傷識別研究現(xiàn)狀 基于自振頻率的結(jié)構(gòu)損傷識別方法 基于振型的結(jié)構(gòu)損傷識別方法 模態(tài)置信度判據(jù)法（MAC, COMAC） 曲率模態(tài)法 柔度法 剛度法 指標法 殘余力向量法 基于傳遞函數(shù)（頻響函數(shù)）的結(jié)構(gòu)損傷識別方法 基于時間序列信號分析的結(jié)構(gòu)損傷識別方法AR模型Hoon Sohn (2000

3、) 基于統(tǒng)計的結(jié)構(gòu)損傷識別方法 Bayesian理論 隨機有限元 基于模式分類的結(jié)構(gòu)損傷識別方法 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 支持向量機K. Worden （2001） 基于信號處理的結(jié)構(gòu)損傷識別方法 小波變換 HHT變換 非線性結(jié)構(gòu)損傷識別方法 分形維數(shù) Chaos（混沌）關(guān)鍵問題測試噪聲及各種環(huán)境不確定性干擾 環(huán)境綜合激勵并非理想白噪聲 測試自由度及模態(tài)不完備 測試技術(shù)及儀器精度的制約 土木工程結(jié)構(gòu)的損傷識別問題目前沒有真正的解決9.3 經(jīng)典損傷識別方法通過頻率進行損傷識別，首先可以通過頻率的變化直接判斷結(jié)構(gòu)是否發(fā)生損傷，也即(1) 基于頻率的損傷識別方法如果測得結(jié)構(gòu)的某幾階頻率降低，可以判斷結(jié)構(gòu)發(fā)生了損傷

4、，這樣簡單直觀，但是穩(wěn)定性較差，容易受噪聲和環(huán)境因素等影響。因此可以結(jié)合概率統(tǒng)計的方法，觀測一段時間內(nèi)的頻率變化來判斷是否損傷。是損傷前后的結(jié)構(gòu)實測頻率(2) 基于振型的損傷識別方法1）模態(tài)置信度判據(jù)法（ Modal Assurance Criteria ）模態(tài)置信度判據(jù)法是利用模態(tài)置信判據(jù)進行損傷識別（如MAC、COMAC）。其原理是：當損傷未發(fā)生時，模態(tài)置信度判據(jù)為1?？梢坏┢茐陌l(fā)生，由于振型的變化，模態(tài)置信度判據(jù)不等于1。Pandey等人提出，當?shù)玫綋p傷結(jié)構(gòu)和完好結(jié)構(gòu)的振型后，每一個位置處的曲率便可以用中心差分法近似地得到： 2）曲率模態(tài)法對所取結(jié)構(gòu)振型超過一個時，總的曲率差為各個模態(tài)曲率差的和已知結(jié)構(gòu)的固有頻率與振型已知特征方程，對特征方程兩端右乘3）柔度法柔度矩陣是剛度矩陣的逆再將式右乘得：令結(jié)構(gòu)損傷前后柔度矩陣為，則損傷前后柔度矩陣的變化量為將對角線元素標準化，可以用來作為損傷指標9.3 例子 損傷工況： 單元損傷分別為：10% ，20%，40%，60% 響應(yīng)數(shù)據(jù)加噪聲： 0、2%、5%、10%、15%、20% 測點布置方案8 測點12 測點2.4 曲率模態(tài)法 振型的識別8測點，無噪聲8測點，20%噪聲12測點，無噪聲12測點，20%噪聲 8測點10%噪聲15%噪聲20%噪聲無噪聲2%噪聲5%噪聲曲率模態(tài)法40%損傷60%損