浅论工程结构损伤检测的动测法与光纤滑动传感技术研究

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1、p歹I『大学博士学位论文题目：工程结拖损伤捡到的动测法与遗红漫动笠盛撞盎硒究作者：麈苤国完成日期：2QQ§生』旦培养单位：指导教师：专业：研究方向：授予学位日期：堕刖．盘鲎到渣垂(查邀2盔圭墨堡玉猩捡测盈盐差查坠廑囝一生旦四川大学博士学位论文y778688工程结构损伤检测的动测法与光纤滑动传感技术研究岩土工程专业研究生：唐天国指导教师：剐浩吾工程结构(建筑、市政、地下工程、边坡工程⋯等等)的破坏都是由局部损伤开始，经积累、扩展而导致失事，由此往往造成灾难性后果。为预防工程安全事故，工程结构的无损检测和健康监测具有重要意义，以便及时发现早期

2、损伤、防患于未然。动力检测是建筑结构等类型的工程结构的无损检测领域的发展重点。鉴于工程结构损伤的复杂性和动力检测识别的难度，动测技术水平尚不能满足工程需要。本文采取理论分析与模型试验密切结合的技术路线，大力开展跨学科研究，以对危害最大的粱结构裂缝损伤为研究对象，首次提出了2种新的动测技术——模态应变能法和虚拟柔度矩阵法。对裂缝梁损伤进行了系统的动力有限元分析(可看作一种数值试验)，按相似理论完成了两个不同比尺、不同材料的动力模型试验，由数值分析特别是模型测试中获得翔实系统的数据，为理论研究和方法验证提供了数据基础和手段。运用人工神经网络的

3、最新进展和相关成果，构建了结构裂缝损伤识别的BP模型，用以实现动态数据的处理和识别。岩体工程类型(如边坡工程、坝基工程等)的破损失事以滑动、滑坡为主，岩体为天然地质体(动测法对其无能为力)，故岩体工程检测多采用传感技术的安全监测。鉴于常规岩土工程监测技术的局限性，发展了分布式光纤滑动传感技术，运用土工大三轴试验首次完成了光纤传感监钡8岩体滑动和钢一砼界面滑移的2种模型试验，获得滑距一光损耗关系方程。本文的主要刨新成果是：(1)首次提出结构损伤检测的模态应变能法，以模态应变能为检测指标和四川大学博士学位论文判据。其理论核心是裂缝等局部损伤会

4、直接的显著的改变开裂区域的应变场与能量场。此方法依据结构损伤前、后的模态应变能的变化确定裂缝位置，定位后再利用开裂前、后频率的摄动变化量确定缝深。依据模型动力试验以及数值模拟结果对本方法的检验都说明，应变能指标对表征裂缝损伤十分敏感，新方法优势明显。(2)首次提出结构损伤检测的虚拟柔度矩阵法。通过对构件单元施加单位虚拟力，得到损伤前后构件各单元广义应变的变化率，直接构造柔度矩阵变化与损伤单元两者间的关联，判识损伤位置和损伤大小。本方法仅需少数低阶模态即可达到较高精度，这对工程实测中一般只§￡褥到前几阶模态的实际条件比较适应。此方法勿需用到

5、结构的数值模型的参量(如质量矩阵等)，故其检测与识别结果不受建立数学模型的误差的影响。此方法物理意义简明，计算便捷，经模型试验数据检验，此方法对损伤位置的识别精度较高，对损伤程度也可得出近似估计。(3)构建了损伤识别的人工神经网络BP模型，用以实施工程动测的数据处理和损伤识别算法，为其提供了智能化方法和手段。经试验与计算数据检验，这种神经网络损伤识别算法使用方便，功能强，比常规动测法提高了精度，适于工程实用。(4)运用土工大三轴剪切试验首次实现了分布式光纤传感监测岩体滑动和钢．砼界面滑动的模型试验，解决了固体材料滑动瞬间脆性断裂，使光学一

6、力学数据极难采集的难题，测得滑距一光损耗的对应关系数据和关系曲线。提出将其应用于高边坡、大坝岩基地质灾害监测的典型布置方式以及用于钢一砼组合结构界面损伤监测的可能性。关键词：工程结构无损检测；动力检测法：岩土工程安全监测；模态应变能法虚拟柔度矩阵法；模态试验；BP网络模型；分布式光纤传感：岩体滑动监测；钢．砼组合结构界面损伤四川丈学博士学位论文ResearchonDynamicDetectionTechniqueofEngineeringStructuresandOpticalFiberSlideSensingMajor：Geoteehn

7、icaiEngineeringPh．D．Candidate：TangTian—guoSupervisor：LiuHao—wuEngineeringstnlcttlr髂，suchasbuildings，publicworks，undergroundworksandslopeengineeringaredeslzoyedfromlocaldamages。whiehaccumulate，andenlargedandwrecked．Theeffectofstructurefailuresarecatastrophic．Topreventings觚

8、etyaccidents，nondestructivedetectionandhealthmonitoringofengineeringstructuresarehighmeaningful，