基于强震记录结构参数时变特性和变形破坏机理研究

吸收现吸收现有强震记录的成果，借助数值模拟、信号分析和参数识别及理论分析三种手段研究在强震作用下框架结构参数的时变特性和变形破坏机理及规律，最后提出有针对性的破坏诊断方法和防治对策。利用改进的卡尔曼滤波、短时FFT及HHT技术分别研究由强震记录得到的结构动力特性随地震强度的变化规律，进而给出瞬时频率判定结构损伤的定量化指标，并对结构的健康状况进行评估；对强震记录分段，开展非定常反应谱的研究，分析结构破坏机理和震源机制的定性关系。结构参数识别时，重点对近年新提出的HHT技术进行改进和优化，主要有：针对EMD分解技术中存在的三次样条插值带来的过冲和欠冲问题而引起的端点效应进行改进；瞬时频率概念的物理解释。以框架结构为研究对象，发展不需要结构原始信息的基于强震记录的结构损伤识别方法。本项目研究成果可为震后结构安全评估和损伤定位提供科学依据。

以汶川地震强震记录为对象，HHT分析发现，地震动总能量集中在前5~6个IMF分量；边际能量谱可以识别地震动卓越周期；EMD能识别不同台站记录具有相同特征的单一频率分量；识别了三层钢筋混凝土框架结构参数时变特性；对轨道交通振动实测数据进行EMD及边际能量谱分析，研究轨道交通振动频谱特性及其随着振动强度的变化规律。非定常反应谱研究得到了汶川近断层强震记录的特征、近场记录的衰减特性、反应谱峰值及卓越周期的时变特性。以某12层钢筋混凝土标准框架结构振动台模型试验的数据为基础，用卡尔曼滤波技术与移动谱相结合的方法对该标准框架结构参数的时变特性进行研究，该方法相当于对时域信号施加变长度矩形窗后进行卡尔曼滤波，有效地提高了参数识别精度。模型结构在小震激励时，结构的频率发生微小程度的降低，表明结构内部发生了未表现出来的轻微损伤；大震激励时，结构频率较初始时刻发生大幅度的下降，表明结构发生了较大程度的破坏。卡尔曼滤波算法与移动谱结合的研究识别了结构物理和模态参数的时变特性。