基于振动特性的隐蔽工程结构损伤识别方法探讨.doc

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1、基于振动特性的隐蔽工程结构损伤识别方法探讨摘 要：隐蔽工程结构是土木工程的重要组成部分，该部分的结构损伤不易被识别，为了对工程结构进行安全评估，必须精确诊断隐蔽工程结构损伤。文章结合振动特性的基本原理，提出了两种以模型为基础的损伤识别方法。关键词：振动特性；隐蔽工程；结构损伤识别随着城市化建设进度的加快，工程结构逐渐向大型化和智能化发展，建筑工程在使用的过程中，受到外部因素的影响，结构会出现不同程度的损伤。针对隐蔽工程而言，材料也会随着时间的推移而老化，该结构的损伤识别尤为重要。为了建筑结构的安全性和稳定性进行正确的评价，必须结合实际工程的特点，对隐蔽工程结构的损伤问题进行探讨，将重点工作放在

2、结构损伤的识别方面，以避免重大事故的发生。基于振动特性的损伤识别方法在隐蔽工程中应用十分广泛，该技术成为目前建筑工程中重要的研究课题。1 基于振动特性的损伤识别隐蔽工程的损伤识别技术以振动特性为基础，以结构模态参数和实际物理特性构建函数，其中就结构模态参数包含固有频率、模态振型等，实际结构物理特性包含结构体质量、阻尼和刚度等，因此结构动力响应的改变主要受到结构物理特性的影响。以振动特性为基础，对隐蔽工程进行损伤识别，属于一种典型的结构整体检测方法，应用于土木工程结构中，具有整体检测的优点，可以应用环境激励引起的结构针对整体结构进行质量检测。针对隐蔽工程的损伤识别而言，在结构质量评估过程中重点做

3、好四方面工作。第一，判断整体结构是否存在损伤问题；第二，在前一步骤的基础上确定出损伤的位置；第三，判断结构的损伤程度，对结构性能进行正确的评价；第四，结合判断结构预测结构的使用寿命，构建评价体系。损伤识别方法应用的过程中，必须结合相应的模型，对隐蔽工程结构进行识别。2 隐蔽工程的损伤识别方法应用结构损伤识别方法的过程中，需要重点结给定的结构动力特性，确定出损伤的原因、损伤位置和损伤程度，该方法应用的同时必须先选择正确的损伤标识量。损伤识别过程中确定的物理量可以为全局量，但是一般将局域量应用于结构损伤定位，应用的局域量满足两个条件，即对结构的局部损伤十分敏感，同时必须是位置坐标的单调函数。以振动

4、特性为基础，应用损伤识别方法主要是要建立完善的计算模型和估计出振动测试参数，必须考虑到最终的诊断精度与选择的信息特征量有着直接的关系。由于损伤问题对结构产生不同作用，可以将结构损伤分为线性损伤和非线性损伤。如果隐蔽工程受到损伤后保持一定的特性，将该类损伤定义为线性损伤。对于初始线弹性结构在受到损伤后将表现出一定的非线性特点的损伤，则定义为非线性损伤。实际上结构几何和材料特殊性会对模态参数造成一定影响，在工程结构相应分析过程中主要应用线性方程进行模拟。现阶段的损伤判断研究主要集中在线性损伤的识别和检测方面，针对线性方法的研究，需要构建科学的损伤识别模型。3 以模型为基础的损伤识别基于模型识别方法

5、，判断隐蔽工程的损伤问题，主要应用模式匹配法和模型修正法，其中模式匹配法的优势是可以应用模型结构的字符串进行基本运算，借助实际结构特征对破损方案现实结果和测量结果进行对比，最接近的破损方案即为破损状态；模型修正法的优势是可以精确地判断结构损伤，结合已有的测量结果对工程结构的刚度、质量和阻尼等进行反向识别。3.1 模式匹配法应用模式匹配法的过程中，需要做好四个方面的工作。第一，明确整体方案；第二，计算损伤方案中的指示值；第三，通过实验方案后的指示值；第四，将损伤前后的指示值进行对比，最吻合的一组即为可能损伤。在获取损伤方案的过程中，需要结合实际工程结构，测出不同损伤或者故障情况下对应的频率特征，

6、实现整体结构的故障诊断，另外也可以通过有限元模型对不同损伤情况下对应的频率特征进行计算。针对隐蔽工程结构，一般结合有限元的计算结果，同时要求模型具有较高的精度。模式匹配法的重点是要获取损伤方案，如果实际结构的损伤情况较为单一，可以对工程进行准确的判断，由于不能对损伤位置和损伤程度进行准确的判断，也很难确定出单一损伤方案。针对土木工程的隐蔽工程而言，只能通过计算的方法获得破损方案，可能出现计算模型误差，识别精度将会降低，实际应用过程中也会有一定的困难。3.2 模型修正法为了建立准确的有限元模型，可以应用模型修正法。由于隐蔽工程界工程的原有模型参数和实际结构之间可能存在一定的误差，需要就结合实验的

7、结果修正原有模型参数，同时进行准确的研究。结构出现损伤之后，整体结构中没有损伤的模型将不能应用已有的测量结果，在模型修正的过程中可以通过对不同准确部分的判断，辨别出工程损伤。模型修正法是一种数学反演问题，现有的测量模态较少，未知数的个数往往多于方程数，求解的答案为不确定的，只能在分析的过程中加入约束方程。常用的约束方程有矩阵正定性条件，可以应用矩阵优化修正法进行求解。矩阵优化修正法将系统的总体矩阵和子结构的总体矩阵作为修正对象开展结构损伤识别中质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵的修正，矩阵优化修正法计算精度较高，操作方便。现以刚度矩阵修正为例，做出如下分析：先构造目标函数：其中为模态频率，表示振型，

8、修正之后的刚度矩阵和初始矩阵之间的误差必须最小，满足相应的特征方程，可以得出修正后的刚度矩阵。矩阵优化修正法可以直接对方程进行求解，具体做法可以结合拉格朗日乘子法和最小范数修正法等。灵敏度法应用的过程中需要应用泰勒级数将目标函数展开，可以通过实验和理论分析的方法构建灵敏度矩阵。其中灵敏度方程可以写成迭代形式，之后应用迭代法进行求解，另外也可以将灵敏度方程表述为线性方程。灵敏度处理方法可以准确地判断出结构单元的损伤程度。4 结语以振动特性为基础，对隐蔽工程损伤问题的分析过程十分复杂，通过建立完善的模型，应用可靠的操作识别方法对研究过程进行完善，提高操作识别的便利性和科学性，保证识别结果更加准确，满足实际工程需求。参考文献1 李雪艳，刘济科.基于振动特性灵敏度分析的梁结构损伤识别J.华南理工大学学报（自然科学版），2013，31（z1）：119.2 刘济科，汤凯.基于振动特性的损伤识别方法的研究进展J.中山大学学报（自然科学版），2011，43（06）：57.3 张佳文.基于振动特性的结构损伤识别方法研究J.长沙理工大学学报，2010，14（01）：22.4 王涛.基于振动特性的结构损伤识别方法与试验研究J.北京工业大学，2014，24（05）：145.5