基于模态参量的预损伤钢筋混凝土梁损伤识别研究

The damage identification research is based on the study of preset damage reinforced concrete test beams on the static and dynamic alternating loads. The different coupled response of modal parameters such as frequencey，damp，modal shapes，strain modal,corvature mode shapes studied by the wavelet transformation theory, numerical simulation and experimental research methods on the condition of preset damaged. In order to explore and identify the damage mechanism and capability decay process, to establish mathematic modal to show the damage the nonlinear damage evolution, the experiment under static and dynamic alternating loads of reinforced concrete test beams will be carried out. Detection methods evaluation indexes have high noise anti-noise and high sensitivity merged by multi-parameter for engineering practice will be realized。The research is related to theory of vibration, structural engineering, detection technology, numerical simulation, signal processing will enrich and improve the damage theory of contracture and experimental detection system. The conclusion is theoretical academic significance value of engineering application to the monitor, analysis, remaining life assess of new and in service reinforced concrete bridge structure examination

项目以预置损伤的钢筋混凝土试验梁为研究对象，开展在动静态交变荷载作用下预损伤钢筋混凝土梁的损伤识别研究。采用数值模拟及实验研究方法，结合小波变换等理论，研究钢筋混凝土梁在不同损伤状况下频率、阻尼、模态振型、应变模态，曲率模态等模态参量的不同响应及参量间的耦合关系；研究不同载荷作用下钢筋混凝土梁力学性能衰变过程及损伤机理；探索和寻找具有高抗噪性、高灵敏性的钢筋混凝土梁结构损伤识别方法和评价指标；建立能够反映非线性钢筋混泥土梁结构损伤演化过程的数学模型及基于多参数融合可用于工程实际的钢筋混凝土桥梁结构损伤识别检测方法。项目研究将极大的丰富和完善结构损伤识别理论及实验检测方法体系。项目研究涉及振动理论、结构工程、检测技术、数值模拟，信号处理等多学科交叉领域。研究成果对我省乃至我国大量新建和在役钢筋混泥土桥梁结构检测、监测、耐久性分析、剩余寿命评估等均具有重要的理论学术意义和工程应用价值。

桥梁工程结构的损伤识别有着广泛的应用前景和重要的社会现实意义，是目前学术界、工程界研究的一个热点问题，也是一个难题。本项目以预损伤钢筋混凝土梁为研究对象，将多种识别方法、多模态参数相融合，通过有限元数值模拟和实验研究了不同损伤状况对钢筋混凝土梁频率、阻尼、位移模态振型、应变模态振型和曲率模态振型等模态参量的响应及模态参量间的耦合关系；研究了现有结构损伤识别理论及相关方法在钢筋混凝土复合材料结构中的适应性及可靠性；探索和寻找了自然环境激励下具有高灵敏性和抗噪性能的桥梁工程结构损伤识别的快速检测方法。通过研究能够直接反映桥梁健康状况的相关状态参量量化指标，建立相对统一的桥梁健康评估指标体系。开展了以下几方面的研究工作：.（1）.模态参量在线性预损伤钢梁损伤识别应用中的相关理论和实验研究。.(2).结构动力特性参量在非线性钢筋混凝土梁结构损伤识别中的相关理论和实验研究。.(3).基于小波变换的时频联合法在预损伤钢筋混凝土梁结构损伤识别中的应用研究。.获得的主要研究成果如下:.(1).提出，并推导和建立了自应变响应获取结构应变模态的相关原理和方法，通过实验研究验了该方法在结构应变模态的损伤识别中的可行性和可靠性。.(2). 数值模拟和实验梁实验研究表明：.（a）位移模态难以有效反映出结构损伤的存在。.（b）结构振动频率亦对结构损伤不敏感，但在结构损伤量较大时，结构振动频率会有明显变化。.（c）应变模态和曲率模态都能较好的反映出结构损伤的存在。. (d)在结构无原始数据存或原始数据不完整的情况下，可以依据实测应变模态或曲率模态来判断结构的健康状况。.（3）实现了基于谐波窗函数的任意频段数据分解，并通过改进的阻尼系数自相关运算来实现预损伤钢筋混凝土梁的损伤识别。.(4)在国内外核心期刊发表相关科研论文18篇，其中EI4篇；获专利授权2项；培养在读博士4名，硕士5名。.研究结果为我国大量新建和在役钢筋混凝土桥梁结构的健康检测、监测和使用寿命评估提供必要的理论依据和实验指导,为相关人才培养做出了重要贡献。