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附錄B,鋼結(jié)構(gòu)的動力檢測B、0、1,鋼結(jié)構(gòu)動力特性和動力響應(yīng)是兩種不同性質(zhì)的數(shù)據(jù) 對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行動力檢測,可分為動力特性檢測或動力響應(yīng)檢測，必要時可包括兩者.應(yīng)根據(jù)不同目的要求，確定相應(yīng)的檢測目標(biāo).鋼結(jié)構(gòu)動力檢測的目的如下。1.通過動力特性檢測、一般情況下可獲取結(jié)構(gòu)自振頻率。振型。模態(tài)阻尼比,當(dāng)有特殊要求時，可獲取模態(tài)剛度.模態(tài)質(zhì)量等結(jié)構(gòu)動力性能參數(shù),可為結(jié)構(gòu)計算模型修正提供依據(jù).為結(jié)構(gòu)損傷判別提供參考依據(jù),2,通過動力響應(yīng)檢測。獲取結(jié)構(gòu)動力輸入處和響應(yīng)最大處的位移，速度,加速度.為理論分析和采取減振加固措施提供依據(jù),由于受災(zāi)損傷 老化等諸多因素導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)的退化或損傷 必將在結(jié)構(gòu)的靜力響應(yīng)和動力響應(yīng),如結(jié)構(gòu)位移.結(jié)構(gòu)頻率 結(jié)構(gòu)振動模態(tài)等.中表現(xiàn)出來、因此,檢測結(jié)構(gòu)的動力特性和動力響應(yīng) 獲取結(jié)構(gòu)的動力參數(shù)數(shù)據(jù).通過有效的識別方法捕捉結(jié)構(gòu)響應(yīng)的變化 確定結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能變化，進(jìn)而可推測結(jié)構(gòu)是否存在退化損傷以及更進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)退化損傷信息。并給出結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)評估 另外。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)遇到某種動外力如機械動力.車輛經(jīng)過的動力,大風(fēng)等時 某些部位可能會有位移,速度或加速度過大的現(xiàn)象發(fā)生,這些現(xiàn)象可能對結(jié)構(gòu)的安全產(chǎn)生影響或引起結(jié)構(gòu)內(nèi)部人員身體不適、為了解釋、評估這種現(xiàn)象對結(jié)構(gòu)安全或人員身體不適的影響程度。以及為了進(jìn)一步采取減輕這種影響的措施。需要通過動力檢測提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù) B,0.2、由于動力檢測代價昂貴,因此.本條僅列出常見需要進(jìn)行動力檢測的幾類結(jié)構(gòu)。實際需要時 可根據(jù)要求另行增加或細(xì)化。B 0，3、對于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)。單點激勵顯得能量不夠 且在傳遞過程中損失較大，因此 距激勵較遠(yuǎn)的地方 響應(yīng)信號較弱,信噪比較小。若增大激勵力，則容易產(chǎn)生局部效應(yīng)過大.造成非線性現(xiàn)象,另外 單點激勵時、若激勵點正好處于某階模態(tài)的節(jié)點位置、對該階模態(tài)來說，系統(tǒng)將成為不可控和不可觀的,因此，將無法辨識該階模態(tài),就會發(fā)生漏失模態(tài)的現(xiàn)象.對于單輸入多輸出系統(tǒng)，模態(tài)參數(shù)辨識一般只利用頻響函數(shù)矩陣中的一列數(shù)據(jù)。因此.能提供的信息量有限 影響辨識精度、對模態(tài)密集的情況 辨識能力較弱,在下列情況下必須進(jìn)行多點激勵,1 重頻，密頻，2 結(jié)構(gòu)巨大,需要大的能量激勵。3，一激勵點為某階感興趣模態(tài)的節(jié)點，B。0。4.B。0,7.結(jié)構(gòu)動力性能檢測應(yīng)符合下列要求，1、設(shè)備要求.動力檢測試驗設(shè)備一般包括激振設(shè)備、振動控制設(shè)備。測量和記錄儀器 數(shù)據(jù)處理設(shè)備 體積小.重量輕的激振器可以減小對被測系統(tǒng)的影響，測試量程應(yīng)合適、若量程設(shè)置過大 測試信號過低、信噪比將降低.反之。若量程設(shè)置過小。則容易過載。儀器的靈敏度,分辨率若不滿足測試要求，將導(dǎo)致錯誤的測試結(jié)果甚至測試無法實施 2 測試要求。試驗結(jié)構(gòu)的模型可參考國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求制作 如果激振點正好選在結(jié)構(gòu)某階模態(tài)的節(jié)點上,則該階模態(tài)不能被激發(fā)、即使激振點在節(jié)點附近 該階模態(tài)的振動信號也很弱.如果激振點正好落在某階模態(tài)的峰點附近。則激振力能有效激起該階模態(tài)。但由于峰點的振動幅度最大?？赡艹鰷y量儀器量程范圍 激振點的選取有兩種方法 根據(jù)經(jīng)驗確定、即如果結(jié)構(gòu)有自由端，激振點宜選在自由端附近、如果結(jié)構(gòu)對稱、不宜選在結(jié)構(gòu)對稱面上、根據(jù)試驗確定，即在通過經(jīng)驗初步確定的基礎(chǔ)上,可選定幾個激振點進(jìn)行激振試驗.測量若干個頻響函數(shù)。觀察由哪幾個激振點激勵所得到的頻響函數(shù)不丟失重要模態(tài)。則此點為最佳激振點，3 數(shù)據(jù)處理要求.時域法可以克服頻域法的一些缺陷 特別是對大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)受到風(fēng)，浪及大地脈動作用時、在工作中承受的荷載很難測量。但響應(yīng)信號很容易測得。直接利用響應(yīng)的時域信號進(jìn)行參數(shù)識別無疑是很有意義的,時域法是將振動信號直接進(jìn)行識別,最基本,最常用的有Ibrahim時域法，最小二乘復(fù)指數(shù)法。LSCE法，多參考點復(fù)指數(shù)法.PRCE法、特征系統(tǒng)實現(xiàn)法、ERA法、和時序分析法等、時域法的主要優(yōu)點是可以只使用實測響應(yīng)信號.無須傅立葉變換.因而可以利用時域方法對連續(xù)工作的設(shè)備例如發(fā)電機組，大型化肥設(shè)備及化工裝置等進(jìn)行.在線 參數(shù)識別。由于時域法參數(shù)識別技術(shù)只需要響應(yīng)的時域信號，從而減少了激勵設(shè)備、大大節(jié)省了測試時間與費用，這些都是頻域法所不具有的優(yōu)點.當(dāng)不使用脈沖響應(yīng)信號時 缺點也很明顯,由于不使用平均技術(shù)、因而分析信號中包含噪聲干擾、所識別的模態(tài)中除系統(tǒng)模態(tài)外還包括噪聲模態(tài).如何甄別和剔除噪聲模態(tài) 一直是時域法研究中的重要課題,頻域法可分為單模態(tài)識別法.多模態(tài)識別法 分區(qū)模態(tài)綜合法.頻域總體識別法等 對小阻尼且各階模態(tài)耦合較小的系統(tǒng),用單模態(tài)識別法可達(dá)到滿意的識別精度,而對模態(tài)耦合較大的系統(tǒng)。必須用多模態(tài)識別法、頻域法的最大優(yōu)點是利用頻域平均技術(shù)、最大限度地抑制噪聲影響，使模態(tài)定階問題容易解決。但也存在以下不足，功率泄露。頻率混疊及離線分析等,在識別振動模態(tài)參數(shù)時.雖然傅立葉變換能將信號的時域特征和頻域特征聯(lián)系起來。分別從信號的時域和頻域觀察 但由于信號的時域波形中不包含任何頻域信息.所以、不能把二者有機結(jié)合 另外。傅立葉譜是信號的統(tǒng)計特性.從其表達(dá)式可看出、它是整個時間域內(nèi)的積分,沒有局部分析信號的功能 完全不具備時域信息、這樣在信號分析中就面臨時域和頻域的局部化矛盾、由于對非線性參數(shù)需用迭代法識別。因而分析周期長 又由于必須使用激勵信號。一般需增加復(fù)雜的激振設(shè)備.特別是對大型結(jié)構(gòu).盡管可采用多點激勵技術(shù).但有些情況下仍難以實現(xiàn)有效激振，無法測得有效激勵和響應(yīng)信號,大型海工結(jié)構(gòu) 超大建筑及超大運輸?shù)?往往只能得到其自然力或工作動力激勵下的響應(yīng)信號、小波分析能將時域和頻域結(jié)合起來描述觀察信號的時頻聯(lián)合特征.構(gòu)成信號的時頻譜，也稱為時頻局部化方法。特別適用于非穩(wěn)定信號 小波分析是傅立葉分析方法的突破性進(jìn)展。是一種新的時變信號時頻兩維分析方法、它與短時傅立葉變換的最大不同之處是其分析精度可變。它是一種加時變窗進(jìn)行分析的方法，在時頻相平面的高頻段具有高的時間分辨率和低的頻率分辨率,而在低頻段具有低的時間分辨率和高的頻率分辨率.這正符合低頻信號變換緩慢而高頻信號變化迅速的特點。小波變換比短時傅立葉變換具有更好的時頻窗口特性、克服了傅立葉變換中時頻分辨率恒定的弱點 因此。它具有能在足夠時間分辨率的前提下分析信號的短時高頻成分 又能在很好的頻率分辨率下估計信號中的低頻的優(yōu)點 但小波分析源于傅立葉分析、小波函數(shù)的存在性證明依賴于傅立葉分析 因此。它不可能完全取代傅立葉分析.本質(zhì)上 小波變換仍是一種線性變換。不能用于處理非線性問題，此外,小波變換分析的分辨率仍有一定的極限、這使得變換結(jié)果在某些場合下失去了物理意義，HHT分析與小波分析等其他方法相比、具有以下特點.經(jīng)驗?zāi)Ｊ椒纸?EMD、能有效處理非平穩(wěn)信號 在線性框架下、HHT譜與小波譜具有相同的表現(xiàn)特性。但HHT譜在時域內(nèi)的分辨率高于小波譜,與傅立葉譜相比 從Hilbert譜中不僅可看出幅值。而且可以看出頻率隨時間的變化情況、這是傅立葉譜所不能反映的，此外，對非平穩(wěn)的時程曲線,傅立葉譜的分辨率可能要低一些、而對Hilbert譜來說.因為可以結(jié)合頻率和時間兩個坐標(biāo)來分析.容易消除一些干擾,有利于提高檢索信號的分辨率 在克服邊緣效應(yīng)后,HHT能較好地處理短時信號，HHT能客觀處理一類非線性問題，所得到的三維譜形能準(zhǔn)確地用于波內(nèi)調(diào)制機制.從而反映出系統(tǒng)的非線性變化特性.小波分析難以處理非線性問題.EMD能較好地分離強間歇信號,而且也是去除高頻噪聲的最好方法之一、實際應(yīng)用HHT時.必須克服邊緣效應(yīng) 可參考的結(jié)構(gòu)動力參數(shù)識別方法及特點如表4所示，表4,結(jié)構(gòu)動力參數(shù)識別方法及特點B。0,8、動力有限元模型的修正應(yīng)符合下列要求 1.由于大型土木結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，建模過程的各種近似因素及不確定因素，或者在使用過程中出現(xiàn)損傷.使得該動力有限元模型不可避免地含有誤差，因此.由動力有限元模型預(yù)測的結(jié)構(gòu)響應(yīng)、一般無法與測量得到的結(jié)構(gòu)響應(yīng)完全一致。需要通過獲取的處于安全使用狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)數(shù)據(jù)、修正結(jié)構(gòu)的動力有限元模型。使得修正后的動力有限元模型可以正確預(yù)測結(jié)構(gòu)響應(yīng)，由修正的結(jié)構(gòu)動力有限元模型預(yù)測的結(jié)構(gòu)響應(yīng)將與測量的結(jié)構(gòu)響應(yīng)一致.該修正的動力有限元模型將作為判別結(jié)構(gòu)性能的基準(zhǔn),2、動力有限元模型的修正過程包括，模型匹配.使得測量的自由度與有限元模型的自由度相互協(xié)調(diào)。相關(guān)性指標(biāo),比較分析頻率與量測頻率.模態(tài)與測量模態(tài)的一致程度 以便決定是否需要模型修正，3 選擇修正參數(shù)。修正參數(shù)可分為下面幾種類型。整體系統(tǒng)矩陣的獨立元素、描述整體剛度矩陣中子矩陣按比例變化的參數(shù),子矩陣可以是單元矩陣或描述結(jié)構(gòu)某一有限部分的矩陣.有限元模型的物理參數(shù)。即材料特性或幾何特性.4,誤差定位，確定有限元模型誤差發(fā)生的位置。5.修正方法,修正方法可分為兩類。一類是直接修改結(jié)構(gòu)的總剛度矩陣或總質(zhì)量矩陣,也可以是修改其中的某些系數(shù)。即所謂的直接修正法.另一類是選擇一組修正系數(shù).如選擇結(jié)構(gòu)的幾何尺寸.材料性質(zhì)、邊界條件以及連接剛度等作為修正參數(shù)。然后通過修正改組參數(shù)的方式、達(dá)到有限元模型修正的目的，也稱為迭代法,B.0.9、結(jié)構(gòu)損傷動力識別應(yīng)符合下列要求，1、結(jié)構(gòu)退化 損傷識別系統(tǒng)分為兩個過程。一是得到修正的有限元模型，作為結(jié)構(gòu)退化損傷識別的基準(zhǔn)、二是根據(jù)結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng).通過識別算法判斷結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能.2,結(jié)構(gòu)退化,損傷識別方法可分為兩類、非破壞性評估方法?；谡駝犹匦缘慕Y(jié)構(gòu)破壞識別方法,非破壞性評估方法，主要應(yīng)用于檢測識別結(jié)構(gòu)部件的局部破壞、基于振動特性的結(jié)構(gòu)破壞識別方法、可以對結(jié)構(gòu)整體的力學(xué)性能給出定量評價、從而識別結(jié)構(gòu)整體力學(xué)性能的退化或整體結(jié)構(gòu)性能的損傷。3 結(jié)構(gòu)退化,損傷識別方法分為以下四級.分別稱為a，b，c、d級識別方法，算法,a級?？梢宰R別已經(jīng)發(fā)生的損傷,b級,可以識別已經(jīng)發(fā)生的損傷 并且判斷損傷發(fā)生的位置,c級。可以識別已經(jīng)發(fā)生的損傷.判斷損傷發(fā)生的位置 同時估計損傷的程度 d級、可以識別已經(jīng)發(fā)生的損傷,判斷損傷發(fā)生的位置。估計損傷的程度、同時預(yù)測結(jié)構(gòu)的剩余壽命 4.a級識別方法可用于結(jié)構(gòu)頻率變化的識別.作為結(jié)構(gòu)退化或損傷的標(biāo)志 b級識別方法,可用于判斷結(jié)構(gòu)是否存在退化或損傷及損傷發(fā)生的位置、但前提條件是量測的振型需十分準(zhǔn)確。5，結(jié)構(gòu)損傷識別方法主要包含破壞因子方法。振型模態(tài)曲率方法，振型模態(tài)應(yīng)變能法,柔度變化方法.均勻柔度模態(tài)曲率變化方法 剛度變化方法等、考慮到質(zhì)量矩陣難以實際量測，宜選用破壞因子方法,振型模態(tài)曲率方法 振型模態(tài)應(yīng)變能法，剛度變化方法,6、結(jié)構(gòu)損傷識別方法包括破壞因子識別方法。振型模態(tài)曲率方法.柔度變化方法，均勻柔度模態(tài)曲率變化方法和剛度變化方法.1。破壞因子識別方法,Damage.Index.Method,考慮一個線彈性梁.有限元離散為NE個單元 N個自由度.ψi.z，為結(jié)構(gòu)的第i個振型向量 EI.x,記為梁的彎曲剛度，L記為梁的長度。定義破壞因子如下,其中,K.結(jié)構(gòu)剛度矩陣 M、結(jié)構(gòu)質(zhì)量矩陣,xi。第i個位移特征向量。結(jié)構(gòu)有退化或損傷時.特征值問題可寫為,其中、結(jié)構(gòu)退化或損傷時的相應(yīng)量 對梁而言，考慮在點x處作用彎矩M,x，在該點處的變形曲率v.x，可以寫為,其中,EI.梁的彎曲剛度,v,x、變形曲率，可以用作損傷因子、3，柔度變化方法，Change,in，F(xiàn)lexibility、Method 結(jié)構(gòu)沒有退化或損傷時,柔度矩陣，F(xiàn)?？梢杂蓽y量的結(jié)構(gòu)振型計算如下,其中.i.第i個質(zhì)量歸一的振型向量.Φ、振型矩陣，Φ,1 2,n，wi，第i個振動頻率.Ω.振型剛度矩陣.Ω,diag w21.w22，w2n,n 測量或計算的模態(tài)個數(shù),同樣結(jié)構(gòu)退化或損傷時 相應(yīng)的柔度矩陣，F(xiàn)。可以由測量的結(jié)構(gòu)振型計算如下。上式為對向量的絕對值運算。理解為對向量每個元素分別取絕對值.可作為結(jié)構(gòu)退化或損傷指標(biāo),4、均勻柔度模態(tài)曲率變化方法、Change。in.uniform，flexibility。shape curvature method 結(jié)構(gòu)沒有退化或損傷時 柔度矩陣，F(xiàn).可以由測量的結(jié)構(gòu)振型計算如下.同樣。結(jié)構(gòu)有退化或損傷時 柔度矩陣可以由測量的結(jié)構(gòu)振型計算如下。其中,結(jié)構(gòu)退化或損傷時的相應(yīng)量,在所有的自由度上作用單位載荷 此時的結(jié)構(gòu)位移稱為均勻柔度矩陣 可作為結(jié)構(gòu)退化或損傷指標(biāo),5，剛度變化方法,Change.in,stiffness.method,不考慮結(jié)構(gòu)阻尼,結(jié)構(gòu)沒有退化或損傷時。結(jié)構(gòu)特征值問題可寫為，其中。K，結(jié)構(gòu)剛度矩陣 M 結(jié)構(gòu)質(zhì)量矩陣,Φ。振型矩陣。Φ、1。2。n、i。第i個質(zhì)量歸一的振型向量,wi、第i個振動頻率 Ω.振型剛度矩陣。Ω diag w21。w22。w2n,n。測量或計算的模態(tài)個數(shù).當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生退化或損傷時 假定，K、及.M.的攝動量為、Kd,及、Md.結(jié)構(gòu)特征值問題可寫為，其中.結(jié)構(gòu)退化或損傷時的相應(yīng)量 預(yù)測結(jié)構(gòu)退化或損傷.可先不考慮質(zhì)量矩陣的變化、下面的表達(dá)式可作為結(jié)構(gòu)退化或損傷的指標(biāo)。結(jié)構(gòu)退化或損傷前后的剛度矩陣、可由測量的結(jié)構(gòu)振型計算得到