土木工程结构损伤识别方法研究报告综述

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1、-土木工程结构损伤识别方法的研究综述摘要:近年来，随着传感技术、信号采集与处理等技术的发展，土木结构的损伤识别研究已经提出了很多方法．本文系统的阐述了结构损伤识别方法，然而，将这些方法应用于实际工程中遇到了很多困难．基于近20年来国内外损伤识别的研究和应用现状；重点叙述了土木工程结构损伤识别方法并系统地综述了为解决这些问题而提出的一些方法；对有待于进一步研究的问题进行了展望。关键词：结构损伤检测方法综述引言：随着世界经济与科学技术的快速发展,现代结构设计不断呈现出大型化、复杂化、多样化的趋势,而这些结构设计使用寿命较长、影响力较大,一旦失事,将会造成严重的生命财产损失。因此

2、,为了保障结构的安全性、完整性与耐久性,在许多新建的大型结构和基础设施上增设了长期结构健康监测系统,对结构状态进行实时监测,为实现结构状态评估提供依据。结构损伤识别(Structuraldamageidentification)作为结构健康监测技术的核心,对掌握结构工作状态以及评估结构安全性具有重要的意义。尽管在过去的20年内结构损伤识别得到了广泛的研究,但离实际工程应用还有一定的距离,还需要进行深入研究。本文首先系统地综述了近20年来国内外发展起来的损伤识别方法；然后提出了该领域中有待于进一步深入研究的问题。据损伤对结构的作用，可将其分为线性损伤和非线性损伤。如果线弹性结

3、构在遭受损伤后仍保持线弹性，则将这种损伤定义为线性损伤。结构几何或材料特性的改变会导致模态改变，但结构的响应仍然可以应用线性运动方程模拟。初始线弹性结构在损伤发生后表现出非线性行为，这类损伤称为非线性损伤。比如结构中疲劳裂纹的形成以及在正常运营振动环境下的张开和闭合。损伤识别可分为4个递进层次。①确定结构中是否存在损伤(Detection)。②在第一层次的基础上确定损伤的几何位置(Localisation)。③在第二层次的基础上对损伤的严重程度进行量化(Assessment)。④在第三层次的基础上预测结构的剩余使用寿命(Prediction)。迄今为止，对于不使用结构模型的

4、基于振动的损伤识别方法，主要能进行第①层次和第②层次的损伤识别。当振动的方法与结构模型结合，在某些情况下可以达到第③层次的损伤识别。而第④层次的损伤识别与预测通常要与断裂力学，疲劳寿命分析，结构设计评估的领域相结合才可能实现。现有研究主要集中在线性损伤的识别和检测问题。这种线性方法可进一步分为基于模型的识别方法和不基于模型的识别方法1、基于模型的损伤识别方法1.1模式匹配法(PatternMatching)。其主要思想是首先获取结构所有可能损伤情况下的响应变化特征向量,然后将实际测得的响应变化特征向量依次与它们进行比较,与测量值最匹配的哪个损伤模式被认为是结构实际的损伤邱洪

5、兴[1]从多元统计中判别分析的思想出发提出了一种利用动力信息进行损伤定位的方法。赵启林[2]从模式匹配的思想出发提出了一种利用静态信息进行结构损伤定位的方法。张力[3]基于模糊模式识别技术(Fuzzypatternrecognizationtechnology),以国际桥梁维护和安全协会(InternationalAssociationforBridgeMaintenanceandSafety,缩写为lABMS)的桥梁健康监测委员会提出的两跨桥梁benchmark模型为例,提出了结构损伤模式识别的两步法,用于识别结构损伤类型和程度。这种方法要求事先列举结构可能发生的损伤基准

6、模型,因此在实际工程应用中难以实现。1、2指纹识别方法（即损伤指标方法）1.2.1基于固有频率变化的损伤识别方法固有频率是模态参数中较容易获得的一个参数，结构发生损伤时，刚度和阻尼发生变化，尽而其固有频率发生改变。因此通过固有频率的变化可以判断结构是否存在损伤[4]，在1969年Lifshitz和Rotem.---年提出通过结构频率的变化进行损伤检测伤[5],Salawu对利用频率的变化进行损伤检测作了全面的综述[6]Morassi和Rovere通过使结构前几阶分析频率和测试频率相吻合，用优化算法对钢框架的切口损伤进行了损伤定位，指出在优化过程中设定一些合理的约束条件的重要

7、性[7],但利用固有频率方法难以进行损伤定位和评估损伤程度，原因是结构不同部位的损伤可能造成相近的频率变化，如对称结构中对称位置的损伤引起频率的变化量相同，基于频率的损伤识别方法便不能识别对称结构在对称位置的损伤；当结构早期损伤量很小时，固有频率的变化主要表现在高阶频率上，而高阶频率的变化很难获得，因此这种方法对结构早期的小损伤不敏感。1.2.2基于振型变化的损伤识别方振型的变化相比于频率变化来说对损伤更为敏感，West可能是第一个系统地利用振型信息进行结构损伤定位的学者[8]。该方法常用的损伤识别有模态保证准则(