大型结构损伤识别的约束子结构方法研究

针对大型土木结构的复杂性、测点有限性以及损伤不敏感性等特点，本项目拟将整体结构划分为若干子结构，提出约束子结构方法研究大型结构的损伤识别。根据结构特点不同，将子结构分为形式复杂且识别参数较多的"大子结构"和按构件层次划分的"小子结构"，分别提出约束子结构和广义约束子结构两种方法。首先发展约束子结构方法，通过局部子结构的频域响应和自由响应分别构造具有虚拟约束边界且完全独立于整体的约束子结构模型，使可利用整体结构损伤识别的方法等效识别子结构，实现大子结构的损伤识别，分别采用非线性框架模型试验和大型斜拉桥数值模拟验证方法的有效性；然后提出广义约束子结构方法，通过在小子结构上附加虚拟支座或质量，提高子结构对损伤的灵敏度，解决类似桁架或框架等结构中各构件之间相关性强且对损伤不敏感的问题，利用框架和桁架模型试验验证方法的有效性。通过本项目研究，为实际工程中大型结构损伤识别提供科学的理论和方法。

针对大型土木结构的复杂性、测点有限性以及损伤不敏感性等特点，本项目将整体结构划分为若干子结构，根据子结构的特点提出了不同的基于约束子结构的损伤识别方法。本项目首先对子结构边界连接简单但其结构形式复杂参数较多的“大子结构”，发展了约束子结构方法；通过时域响应的FFT变换，实现了在频域内构造约束子结构，既提高了计算效率，又合理和充分地利用长时间所测量的试验数据；利用自由响应作为基本响应力锤激励作为约束响应构造约束子结构，克服了大跨桥梁结构很难被整体激励的局限，为约束子结构方法识别大型结构损伤提供了有效手段。本项目然后对子结构边界复杂但其结构形式简单的“小子结构”，提出了广义约束子结构方法；通过附加虚拟支座改变了局部刚度，提高了子结构对局部损伤的灵敏度来识别结构损伤，放松了约束子结构方法需监测子结构边界的要求，为构件相关性较强的结构提供了有效的损伤识别方法；通过附加质量或虚拟质量提高子结构的权重来提高子结构灵敏度，操作简单，应用性强，丰富了广义约束子结构方法。通过本项目研究，对识别参数较多的“大子结构”和按构件层次划分的“小子结构”，分别提出约束子结构和广义约束子结构两种方法，并利用桁架模型试验、悬臂梁试模型验、大型斜拉桥数值模拟和非线性框架数值模拟对所提方法进行了验证，为实际土木工程中大型结构的子结构损伤识别提供科学的理论和方法。