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基于振动测试的结构物理参数损伤识别技术得到广泛的研究和发展,结构形式、功能日趋复杂、结构输入未知、输出信息不完备等因素制约着结构损伤识别的发展和应用,有鉴于此,本论文提出基于子结构间重叠质量的思想进行复杂结构局部损伤识别的两阶段损伤识别策略,并针对剪切框架结构在绝对加速度响应部分观测、地震输入未知情况下,提出一种能进行结构损伤和地震荷载识别的损伤诊断方法,又提出将所损伤诊断方法结合最新研发的无线智能传感网络系统,实现结构的自动损伤识别。
首先论文通过对土木工程结构损伤识别研究进展及方法进行较为详尽的研究与总结,发现结构输入未知、输出信息不完备条件下基于结构物理参数的结构损伤识别与荷载识别是土木工程中的一个重要问题。进而确定本文的研究思路。
其次,在前人基础上,提出子结构间重叠质量的思想进行复杂结构局部损伤识别的两阶段损伤识别策略,并将其应用于第一阶段Phrase I ASCE SHM Benchmark模型中以检验方法的有效性。此后,又依次采用扩展卡尔预测估计和递推最小二乘法分别对第一层以上结构的增广状态向量和未知作用力进行递推,在未知地震输入下识别一层以上结构参数;然后基于对结构绝对加速度响应的频域分析以及峰值拾取法识别结构若干固有频率,利用结构频率特征方程,对第一层的结构参数进行估计;最后基于Newmark-β数值积分法求解一阶微分方程,识别未观测的地震加速度。通过5层和15层分子结构的两个剪切框架数值算例验证,在结构绝对加速度响应部分观测、地震作用未观测的情况下,该方法能够很好识别出结构参数和地震荷载。并通过实验证明,此方法能对实际模型结构物理参数和地震荷载进行有效识别。
最后,探究了将损伤诊断方法嵌入智能传感微处理芯片中,与自主研发的无线智能传感系统相结合进行结构自动损伤识别的可行性,并通过8层剪切框架激振实验进行了验证。