鋼桁架結(jié)構(gòu)的連接剛度損傷識別方法研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)損傷可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)質(zhì)量、阻尼或剛度等物理特性的改變,我們通常所謂的損傷主要指結(jié)構(gòu)剛度的降低。在結(jié)構(gòu)服役過程中,連接部位處于復(fù)雜的應(yīng)力集中區(qū)域,可能先于結(jié)構(gòu)單元發(fā)生失效和破壞,連接剛度的損傷是比結(jié)構(gòu)單元剛度的損傷更加接近結(jié)構(gòu)實(shí)際損傷的形式,因此了解結(jié)構(gòu)連接部位的損傷情況顯得十分重要。通常用作結(jié)構(gòu)損傷識別的動力特性指紋參數(shù)有：固有頻率、振型、曲率等等,然而不同的動力指紋參數(shù)識別的效果有很大不同,各有其應(yīng)用范圍。因此研究結(jié)構(gòu)連接剛度的損傷識

2、別方法具有重要的學(xué)術(shù)意義和工程應(yīng)用價值。鑒于這樣的研究現(xiàn)狀,本文以某大橋鋼桁架結(jié)構(gòu)試樣為研究對象,探討了結(jié)構(gòu)連接剛度損傷識別的方法。 ⑴對鋼桁架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在模擬連接損傷工況下的動力特性試驗(yàn)進(jìn)行了研究。本文通過改變鋼桁架縮尺試樣與反力架系統(tǒng)之間的連接方式來達(dá)到模擬各種損傷工況的目的,而后針對所模擬的各種工況進(jìn)行了動力特性測試。在動力特性試驗(yàn)過程中,解決了試驗(yàn)節(jié)點(diǎn)幾何建模、數(shù)據(jù)采集及時頻分析和提高精度措施等若干問題。 ⑵基于鋼

3、桁架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在各種工況下的動力特性實(shí)測數(shù)據(jù),利用目前一般的結(jié)構(gòu)損傷識別方法中所采用的動力指紋參數(shù),研究它們用于鋼桁架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)連接剛度損傷識別的效果。研究表明,雖然固有頻率最易測得,但是反映結(jié)構(gòu)整體動力特性的固有頻率對連接損傷這種局部發(fā)生的損傷很不敏感。而振型參數(shù)受試驗(yàn)誤差的影響較大,并且振型相關(guān)系數(shù)MAC值隨連接剛度損傷工況的變化規(guī)律不明顯,也不能對連接剛度損傷進(jìn)行識別。觀察實(shí)測頻響函數(shù)結(jié)果可以看出,連接剛度發(fā)生損傷后,頻響函數(shù)曲線在共

4、振峰附近變化不大,但在某些共振峰之間的頻段范圍內(nèi)變化卻十分顯著,但是目前基于頻響函數(shù)指紋參數(shù)的損傷識別方法多利用共振峰峰值處的數(shù)據(jù),而忽略了共振峰之間頻段內(nèi)頻響函數(shù)的變化,因此利用現(xiàn)有的基于頻響函數(shù)指紋參數(shù)的方法對連接剛度損傷進(jìn)行識別,也不能得到良好的識別結(jié)果。 ⑶提出了一個新的損傷識別方法——基于頻段相關(guān)系數(shù)的結(jié)構(gòu)連接剛度損傷識別方法,并通過破損方案對比驗(yàn)證了此損傷識別方法的有效性。相關(guān)系數(shù)本是時域內(nèi)用來描述兩個振動曲線相似程

5、度的概念,時域相關(guān)系數(shù)在評價兩條振動曲線相似程度的過程中,利用了一個時域上的所有振動數(shù)據(jù)。鑒于時域相關(guān)系數(shù)這樣的優(yōu)點(diǎn)和基于頻響函數(shù)的損傷識別方法僅僅利用共振峰處數(shù)據(jù)的不足,本文利用時域相關(guān)系數(shù)的理論來解決頻域內(nèi)兩條頻響函數(shù)曲線相似程度的描述問題。研究結(jié)果顯示,頻段相關(guān)系數(shù)作為損傷識別指紋參數(shù)能夠反映連接剛度的損傷,并能夠?qū)B接剛度損傷量大小進(jìn)行定性的評估。 ⑷建立了鋼桁架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的有限元模型,并重點(diǎn)關(guān)注系統(tǒng)中鋼桁架結(jié)構(gòu)與反力架結(jié)