环境激励下基于小波包能量谱的钢框架结构损伤识别研究

摘要

钢结构在服役期间，在长期荷载作用、材料老化以及疲劳效应等灾害因素的综合影响下，会造成关键构件或部位局部损伤的积累，最终可能导致整体结构的突然破坏，造成巨大的经济损失和人员伤亡。研究能够及时发现钢结构损伤并能确定损伤部位的方法，对避免钢结构事故的发生具有重要意义。
　　本文将结构的动力响应与小波包能量谱方法相结合，提出了新的损伤识别指标：能量谱均值偏差ESAD(Energy Spectrum Average Deviation)和节点层间位移总能量差变化率EDRV(Energy Difference Rate of Variation)。在损伤前后激励恒定的前提下，采用本文所提出的 ESAD指标可以进行钢框架结构的损伤识别与损伤方位的初步判定，进而采用EDRV指标可以实现结构损伤的精确定位。
　　在对钢框架结构施加单点白噪声随机激励的情况下，以两个测点响应之间的互相关函数和虚拟脉冲响应函数作为结构的动力特性参数，对比分析了两者消除激励随机性影响的能力，结果表明虚拟脉冲响应函数具有更好的鲁棒性。在此基础上，应用本文提出的ESAD指标和已有的损伤识别指标：能量比偏差ERVD对损伤进行识别；结果表明 ESAD指标在损伤识别的敏感性和表征损伤程度的能力上都要优于ERVD指标。
　　建立土体-上部结构模型，首次提出了在土体表面的三个点上同时施加竖向随机白噪声激励，来模拟复杂环境激励对上部结构影响的分析方法。对编程求取虚拟脉冲响应函数的三个关键参数（输入数据长度、输出数据长度、窗函数）进行了说明比较，确定关键参数，得到虚拟脉冲响应函数后，结合小波包能量谱，验证了复杂环境激励下钢框架结构的损伤识别效果。

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第1章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要工作

第2章 基于小波包能量谱的钢框架结构两阶段损伤识别与定位研究

2.1引言

2.2小波包能量谱介绍

2.3结构损伤指标的构建

2.4小波参数的选取

2.5数值模型与动力响应提取

2.6 损伤识别分析

2.7 两阶段损伤识别方法的验证

2.8 本章小结

第3章 随机激励下基于结构动力响应的损伤识别方法

3.1引言

3.2 基于互相关函数的损伤识别

3.3 基于虚拟脉冲响应函数的损伤识别

3.4 损伤指标ESAD与ERVD的比较

3.5 虚拟脉冲响应函数对动力响应的适用性分析

3.6 本章小结

第4章 环境激励下基于小波包能量谱的钢框架结构损伤识别

4.1 引言

4.2有限元模型的建立以及环境激励的模拟

4.3 结构损伤的模拟以及动力响应的提取

4.4 求取虚拟脉冲响应函数的关键参数问题

4.5 环境激励下钢框架结构的损伤识别

4.6 不同测点所得虚拟脉冲响应函数对损伤识别效果的影响

4.7 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 研究所得结论

5.2 展望

参考文献

致谢

附录