土木工程結(jié)構(gòu)的性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與損傷識(shí)別方法研究.pdf

1、隨著大跨度結(jié)構(gòu)和超高層建筑的不斷發(fā)展,大型土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的研究與應(yīng)用越來(lái)越受到學(xué)術(shù)界和工程界的重視.本文系統(tǒng)地開(kāi)展土木工程結(jié)構(gòu)性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和損傷識(shí)別方法的理論與實(shí)驗(yàn)研究,建立一種可用于測(cè)試結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)以及監(jiān)測(cè)交通流的新型水泥基壓電傳感系統(tǒng),提出一種基于結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)統(tǒng)計(jì)特征的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法,從而發(fā)展結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與方法.主要研究工作與創(chuàng)新成果包括以下幾個(gè)方面: (1)在水泥基壓電復(fù)合材料的基礎(chǔ)上,研制了一種新

2、型水泥基壓電傳感器,實(shí)驗(yàn)檢測(cè)了傳感器的頻率獨(dú)立性、線性度等基本陛能,并使用標(biāo)定程序確定了傳感器的測(cè)量范圍、靈敏度、線性度、滯回度和靈敏度界限等使用參數(shù).研究結(jié)果表明,所研制的水泥基壓電傳感器具有很好的頻率獨(dú)立性和高度的輸入輸出線性關(guān)系,適用于大型土木工程結(jié)構(gòu)的性能監(jiān)測(cè). (2)建立了包括水泥基壓電傳感器、專門開(kāi)發(fā)的小型電荷放大器、多通道數(shù)據(jù)采集儀和監(jiān)測(cè)軟件的水泥基壓電傳感系統(tǒng),并將其應(yīng)用到短柱和框架結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試以及交通流的

3、監(jiān)測(cè)等方面.模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,水泥基壓電傳感系統(tǒng)不僅可以準(zhǔn)確地測(cè)試結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的動(dòng)態(tài)應(yīng)力響應(yīng),還可以準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)交通流(包括人流和車流),并可以通過(guò)計(jì)算水泥基壓電傳感器的脈沖響應(yīng)幅值來(lái)區(qū)分交通流中車輛的種類. (3)在結(jié)構(gòu)隨機(jī)振動(dòng)理論的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的統(tǒng)計(jì)特征與結(jié)構(gòu)損傷位置和損傷程度之間的關(guān)系,通過(guò)敏感性分析確定了以結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)位移響應(yīng)方差作為結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的損傷指標(biāo),分析了使用該損傷指標(biāo)可以部分消除測(cè)試誤差的原理.數(shù)值模擬了一

4、三跨連續(xù)梁在白噪聲激勵(lì)下的動(dòng)態(tài)響應(yīng),觀察了在不同損傷位置和損傷程度下結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)位移響應(yīng)方差的變化,從而評(píng)估了選擇結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)位移響應(yīng)方差作為損傷指標(biāo)的可行性. (4)提出了一種基于結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)統(tǒng)計(jì)特征的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法.在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中,以結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)方差和協(xié)方差的變化作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入,以結(jié)構(gòu)的損傷位置和損傷程度作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出.數(shù)值模擬了一三跨連續(xù)梁的損傷識(shí)別過(guò)程,其中包含單損傷和多損傷兩種損傷工況,每種損傷工況

5、中又分為損傷位置識(shí)別和損傷程度識(shí)別.數(shù)值模擬結(jié)果表明,訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以準(zhǔn)確識(shí)別出結(jié)構(gòu)的損傷位置和損傷程度,從而驗(yàn)證了所提出的基于結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)統(tǒng)計(jì)特征的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法的有效性與可靠性. (5)采用所提出的基于結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)統(tǒng)計(jì)特征的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法,對(duì)一組兩端固結(jié)的模型梁進(jìn)行了結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的模型實(shí)驗(yàn).模型梁由鋁合金型材制作,模擬帶翼緣的薄壁箱梁.在實(shí)驗(yàn)中,分別采用單損傷工況和多損傷工況對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練