基于位移模态四阶导数的梁结构损伤识别

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1、第37卷，第4期公路工程Vo1．37，No．42012年8月HighwayEngineeringAug．，2012基于位移模态四阶导数的梁结构损伤识别韩西，向丽‘，钟厉(1．重庆交通大学土木建筑学院，重庆400074；2．重庆交通大学机电与汽车工程学院，重庆400074)[摘要]结构损伤识别一直是工程界关注的热点问题，针对混凝土梁结构的动力损伤识别，提出了利用位移模态的4阶导数进行损伤识别的新方法。通过有限元建模和分析，对钢筋混凝土梁进行损伤识别和算例仿真，从而验证这种方法的敏感性和可行性。研究结果和分析算例表明：利用位移模态4阶导数分析，对结构单处损伤、多处损伤以及对不同的损伤

2、程度都能有效识别，而且不需要结构损伤前的模态参数，显示了该指标检测损伤的优越性和有效性。[关键词]位移模态；四阶导数；曲率模态；曲率模态差；损伤识别[中图分类号]Tu311．3[文献标识码]A[文章编号]1674一o61o(2012)04-0047-03DamageIdentificationofBeamStructuresBasedonDisplacementModal4‘nOrderDerivativesHANXi，XIANGLi，ZHONGLi。(1．CollegeofCivilEngineering＆Architecture，ChongqingJiaotongUniver

3、sity，Chongqing400074，China；2．CollegeofMechatronicandAutomobileEngineering，ChongqingJiaotongUniversity，Chongqing400074，China)[Abstract]Damageidentificationofstructuresisalwaysthehotissueinengineeringfield，forthedamageidentificationofconcretebeams，anewmethodbasedondisplacementmodal4thorderderiv

4、a—tivesisproposedinthispaper．Withdamageidentificationandexamplesimulationaboutreinforcedcon—cretebeams，thesensitivityandfeasibilityofthemethodareverifiedbyusingfiniteelementmodelingandanalysis．Theresultsshowthatthismethodcaneffectivelyidentifythesingledamage，multipledamagesordiferentextentofd

5、amagewithoutmodalparametersofundamagedstructures，anditisverifiedthattheindexispredominantandefective．[Keywords]displacementmode；4orderderivatives；modecurvature；modecurvaturediffer—ence，damageidentification除了结构的模态频率外，结构的振型也可以用于结O前言构损伤的诊断¨，最常用的是曲率模态法，这种方结构在服役期间，由于受自然灾害、环境荷载、法对损伤具有很高的敏感性，不过对微小损伤

6、或复材料老化等不利因素的影响，会产生损伤积累和抗杂结构的损伤识别，单纯的使用曲率模态法效果并力衰减。一旦结构的损伤积累到一定程度，如果没不理想，而且难以反映模态节点处的损伤，因此又演有被及时发现和处理，损伤将会迅速扩展，从而导致变出了曲率模态差方法，然而曲率模态差要用到损整个结构毁坏。因此需要对结构进行检测，及时发伤前结构的模态信息，在实际应用中比较困难。所现损伤，并对损伤进行评估，并根据损伤程度的不同以在此基础上，本文提出了一种新的损伤识别方提出相应的维修及保护措施¨。法。——利用位移模态四阶导数进行损伤位置及结构动力损伤识别是当前国内外研究的热点，程度的识别，目的是探讨一种敏

7、感性更高且易于操早期人们利用固有频率的变化对损伤进行识别，作的损伤识别方法。【收稿日期】2012—03—20[基金项目]重庆市交通委员会科技项目(701487)。【作者简介】韩西(1964一)，男，重庆人，lT学博士，教授，主要研究领域：桥梁丁程、振动T程、_T程力学。公路工程37卷模态4阶导数的表达式为：1理论分析——位移模态的四阶导数未损伤区域：以欧拉梁为例，来讨论位移模态4阶导数相关∥)=)'0-6)理论依据，假设梁的线性质量m与位置无关，抗弯刚度与位置有关，则梁的无阻尼自