测试信息不完备条件下不确定时变结构的损伤识别方法研究

土木工程结构复杂，现场输入信息难以测得、输出测试信息不完备、测试精度低，结构本身与运行环境的不确定性多等特点使现有的损伤识别方法在实际工程应用中很难获得较好的识别效果。本项目以结构动态响应灵敏度和概率统计理论为基础，研究测试信息不完备条件下不确定时变结构的损伤识别方法。首先，提出一种仅利用结构少数测点上的动态响应同步识别结构损伤和未知输入的确定性识别方法，并通过引入随机场正交展开理论和改进正则化方法解决复杂工程随机动力作用展开和病态识别方程求解两个关键问题；其次，通过分析实际结构监测数据的统计规律，对同步识别方法使用过程中存在的不确定性因素进行分类，并通过不确定性量化方法系统地研究各不确定性因素对该方法识别效果的影响机制；然后，提出以"两阶段识别策略"和"测试数据时、空分组策略"为基础的、面向不确定性时变结构的概率损伤识别方法；最后，利用模型试验和实际结构健康监测数据验证所提出的方法。

土木工程结构输入信息难测得、输出测试信息不完备且测试精度低、结构本身与运行环境不确定性多等特点限制了现有结构损伤识别方法的应用。本项目针对以上问题开展了仅基于有限结构输出测试信息的不确定非时变/时变结构的损伤与荷载识别方法研究。首先，以结构动态响应灵敏度理论为基础提出一种仅利用结构少数测点上的动态响应同步识别结构损伤和未知输入的确定性识别方法，并引入正交展开理论和正则化方法对算法进行优化及应用范围拓展；然后，针对同步识别算法的特点、从实际结构本身和实际监测数据测试条件两方面考虑，将影响同步识别方法精度的不确定性因素进行分类，探明重要不确定性因素对同步识别算法的影响及其去除或降低方法；最后，在上述研究基础上，提出基于移动时间窗的时变结构参数与未知荷载识别及基于正交基展开的局部时变结构参数识别两类时变结构识别方法，并引入自适应遗忘因子对第一种算法进行改进。研究结果表明，所提出的同步识别方法能够仅从结构少数几个测点的动态响应同步识别结构的损伤和未知输入；根据不确定因素的特点选择合适的策略可以有效去除或降低各类主要不确定因素的影响；将有限测点的测试数据时、空分组获得的多组测试数据可用于实现结构的损伤概率诊断；测试数据时域内滑移分段可实现慢变或突变类时变结构参数识别，引入自适应遗忘因子可更精确地追踪结构突变时刻的参数变化情况；基于正交基展开的局部时变结构识别方法不受结构时变参数特性的限制，可精确识别包含随机时变参数在内的各类结构局部时变参数。以上研究结果有望实现地震、冲击等突发荷载作用下结构损伤过程识别与重现，能够为测试信息有限情况下的结构状态诊断研究提供一定的技术支撑与参考经验。