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附錄B,鋼結(jié)構(gòu)的動(dòng)力檢測(cè)B,0，1。鋼結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性和動(dòng)力響應(yīng)是兩種不同性質(zhì)的數(shù)據(jù)。對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力檢測(cè).可分為動(dòng)力特性檢測(cè)或動(dòng)力響應(yīng)檢測(cè)、必要時(shí)可包括兩者，應(yīng)根據(jù)不同目的要求,確定相應(yīng)的檢測(cè)目標(biāo) 鋼結(jié)構(gòu)動(dòng)力檢測(cè)的目的如下，1。通過(guò)動(dòng)力特性檢測(cè).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(shí)?？色@取模態(tài)剛度.模態(tài)質(zhì)量等結(jié)構(gòu)動(dòng)力性能參數(shù)，可為結(jié)構(gòu)計(jì)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(guò)動(dòng)力響應(yīng)檢測(cè),獲取結(jié)構(gòu)動(dòng)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(dòng)力響應(yīng).如結(jié)構(gòu)位移 結(jié)構(gòu)頻率.結(jié)構(gòu)振動(dòng)模態(tài)等 中表現(xiàn)出來(lái),因此、檢測(cè)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性和動(dòng)力響應(yīng).獲取結(jié)構(gòu)的動(dòng)力參數(shù)數(shù)據(jù)、通過(guò)有效的識(shí)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(cè)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(píng)估、另外,當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)遇到某種動(dòng)外力如機(jī)械動(dòng)力，車輛經(jīng)過(guò)的動(dòng)力 大風(fēng)等時(shí) 某些部位可能會(huì)有位移。速度或加速度過(guò)大的現(xiàn)象發(fā)生。這些現(xiàn)象可能對(duì)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(píng)估這種現(xiàn)象對(duì)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(guò)動(dòng)力檢測(cè)提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù),B。0，2,由于動(dòng)力檢測(cè)代價(jià)昂貴，因此,本條僅列出常見需要進(jìn)行動(dòng)力檢測(cè)的幾類結(jié)構(gòu)、實(shí)際需要時(shí),可根據(jù)要求另行增加或細(xì)化，B,0 3、對(duì)于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu).單點(diǎn)激勵(lì)顯得能量不夠,且在傳遞過(guò)程中損失較大、因此，距激勵(lì)較遠(yuǎn)的地方，響應(yīng)信號(hào)較弱、信噪比較小，若增大激勵(lì)力 則容易產(chǎn)生局部效應(yīng)過(guò)大，造成非線性現(xiàn)象,另外。單點(diǎn)激勵(lì)時(shí)，若激勵(lì)點(diǎn)正好處于某階模態(tài)的節(jié)點(diǎn)位置、對(duì)該階模態(tài)來(lái)說(shuō)。系統(tǒng)將成為不可控和不可觀的,因此、將無(wú)法辨識(shí)該階模態(tài)、就會(huì)發(fā)生漏失模態(tài)的現(xiàn)象，對(duì)于單輸入多輸出系統(tǒng)、模態(tài)參數(shù)辨識(shí)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(shí)精度、對(duì)模態(tài)密集的情況，辨識(shí)能力較弱.在下列情況下必須進(jìn)行多點(diǎn)激勵(lì),1。重頻，密頻 2、結(jié)構(gòu)巨大 需要大的能量激勵(lì),3、一激勵(lì)點(diǎn)為某階感興趣模態(tài)的節(jié)點(diǎn)。B、0 4,B 0 7,結(jié)構(gòu)動(dòng)力性能檢測(cè)應(yīng)符合下列要求,1.設(shè)備要求 動(dòng)力檢測(cè)試驗(yàn)設(shè)備一般包括激振設(shè)備,振動(dòng)控制設(shè)備,測(cè)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(duì)被測(cè)系統(tǒng)的影響 測(cè)試量程應(yīng)合適,若量程設(shè)置過(guò)大，測(cè)試信號(hào)過(guò)低 信噪比將降低，反之 若量程設(shè)置過(guò)小.則容易過(guò)載.儀器的靈敏度。分辨率若不滿足測(cè)試要求，將導(dǎo)致錯(cuò)誤的測(cè)試結(jié)果甚至測(cè)試無(wú)法實(shí)施 2，測(cè)試要求，試驗(yàn)結(jié)構(gòu)的模型可參考國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求制作 如果激振點(diǎn)正好選在結(jié)構(gòu)某階模態(tài)的節(jié)點(diǎn)上 則該階模態(tài)不能被激發(fā)、即使激振點(diǎn)在節(jié)點(diǎn)附近。該階模態(tài)的振動(dòng)信號(hào)也很弱。如果激振點(diǎn)正好落在某階模態(tài)的峰點(diǎn)附近.則激振力能有效激起該階模態(tài).但由于峰點(diǎn)的振動(dòng)幅度最大，可能超出測(cè)量?jī)x器量程范圍。激振點(diǎn)的選取有兩種方法.根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定 即如果結(jié)構(gòu)有自由端.激振點(diǎn)宜選在自由端附近、如果結(jié)構(gòu)對(duì)稱,不宜選在結(jié)構(gòu)對(duì)稱面上、根據(jù)試驗(yàn)確定,即在通過(guò)經(jīng)驗(yàn)初步確定的基礎(chǔ)上、可選定幾個(gè)激振點(diǎn)進(jìn)行激振試驗(yàn)。測(cè)量若干個(gè)頻響函數(shù).觀察由哪幾個(gè)激振點(diǎn)激勵(lì)所得到的頻響函數(shù)不丟失重要模態(tài)、則此點(diǎn)為最佳激振點(diǎn)。3.數(shù)據(jù)處理要求、時(shí)域法可以克服頻域法的一些缺陷，特別是對(duì)大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)受到風(fēng) 浪及大地脈動(dòng)作用時(shí).在工作中承受的荷載很難測(cè)量 但響應(yīng)信號(hào)很容易測(cè)得、直接利用響應(yīng)的時(shí)域信號(hào)進(jìn)行參數(shù)識(shí)別無(wú)疑是很有意義的。時(shí)域法是將振動(dòng)信號(hào)直接進(jìn)行識(shí)別.最基本、最常用的有Ibrahim時(shí)域法,最小二乘復(fù)指數(shù)法，LSCE法.多參考點(diǎn)復(fù)指數(shù)法。PRCE法.特征系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)法。ERA法、和時(shí)序分析法等 時(shí)域法的主要優(yōu)點(diǎn)是可以只使用實(shí)測(cè)響應(yīng)信號(hào)，無(wú)須傅立葉變換、因而可以利用時(shí)域方法對(duì)連續(xù)工作的設(shè)備例如發(fā)電機(jī)組、大型化肥設(shè)備及化工裝置等進(jìn)行.在線.參數(shù)識(shí)別，由于時(shí)域法參數(shù)識(shí)別技術(shù)只需要響應(yīng)的時(shí)域信號(hào)，從而減少了激勵(lì)設(shè)備、大大節(jié)省了測(cè)試時(shí)間與費(fèi)用 這些都是頻域法所不具有的優(yōu)點(diǎn) 當(dāng)不使用脈沖響應(yīng)信號(hào)時(shí)，缺點(diǎn)也很明顯.由于不使用平均技術(shù)。因而分析信號(hào)中包含噪聲干擾，所識(shí)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(shí)域法研究中的重要課題，頻域法可分為單模態(tài)識(shí)別法,多模態(tài)識(shí)別法，分區(qū)模態(tài)綜合法。頻域總體識(shí)別法等.對(duì)小阻尼且各階模態(tài)耦合較小的系統(tǒng).用單模態(tài)識(shí)別法可達(dá)到滿意的識(shí)別精度、而對(duì)模態(tài)耦合較大的系統(tǒng),必須用多模態(tài)識(shí)別法、頻域法的最大優(yōu)點(diǎn)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(wèn)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(shí)別振動(dòng)模態(tài)參數(shù)時(shí) 雖然傅立葉變換能將信號(hào)的時(shí)域特征和頻域特征聯(lián)系起來(lái) 分別從信號(hào)的時(shí)域和頻域觀察，但由于信號(hào)的時(shí)域波形中不包含任何頻域信息,所以 不能把二者有機(jī)結(jié)合，另外 傅立葉譜是信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性。從其表達(dá)式可看出 它是整個(gè)時(shí)間域內(nèi)的積分.沒(méi)有局部分析信號(hào)的功能 完全不具備時(shí)域信息,這樣在信號(hào)分析中就面臨時(shí)域和頻域的局部化矛盾 由于對(duì)非線性參數(shù)需用迭代法識(shí)別 因而分析周期長(zhǎng) 又由于必須使用激勵(lì)信號(hào)，一般需增加復(fù)雜的激振設(shè)備.特別是對(duì)大型結(jié)構(gòu)、盡管可采用多點(diǎn)激勵(lì)技術(shù)，但有些情況下仍難以實(shí)現(xiàn)有效激振、無(wú)法測(cè)得有效激勵(lì)和響應(yīng)信號(hào)，大型海工結(jié)構(gòu) 超大建筑及超大運(yùn)輸?shù)?往往只能得到其自然力或工作動(dòng)力激勵(lì)下的響應(yīng)信號(hào)。小波分析能將時(shí)域和頻域結(jié)合起來(lái)描述觀察信號(hào)的時(shí)頻聯(lián)合特征、構(gòu)成信號(hào)的時(shí)頻譜,也稱為時(shí)頻局部化方法.特別適用于非穩(wěn)定信號(hào) 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(shí)變信號(hào)時(shí)頻兩維分析方法.它與短時(shí)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(shí)變窗進(jìn)行分析的方法、在時(shí)頻相平面的高頻段具有高的時(shí)間分辨率和低的頻率分辨率,而在低頻段具有低的時(shí)間分辨率和高的頻率分辨率、這正符合低頻信號(hào)變換緩慢而高頻信號(hào)變化迅速的特點(diǎn).小波變換比短時(shí)傅立葉變換具有更好的時(shí)頻窗口特性.克服了傅立葉變換中時(shí)頻分辨率恒定的弱點(diǎn)、因此。它具有能在足夠時(shí)間分辨率的前提下分析信號(hào)的短時(shí)高頻成分、又能在很好的頻率分辨率下估計(jì)信號(hào)中的低頻的優(yōu)點(diǎn)、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(wèn)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(chǎng)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(diǎn)。經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸狻MD,能有效處理非平穩(wěn)信號(hào)、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(shí)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(shí)間的變化情況 這是傅立葉譜所不能反映的,此外，對(duì)非平穩(wěn)的時(shí)程曲線。傅立葉譜的分辨率可能要低一些。而對(duì)Hilbert譜來(lái)說(shuō)。因?yàn)榭梢越Y(jié)合頻率和時(shí)間兩個(gè)坐標(biāo)來(lái)分析,容易消除一些干擾。有利于提高檢索信號(hào)的分辨率，在克服邊緣效應(yīng)后，HHT能較好地處理短時(shí)信號(hào)、HHT能客觀處理一類非線性問(wèn)題，所得到的三維譜形能準(zhǔn)確地用于波內(nèi)調(diào)制機(jī)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(wèn)題。EMD能較好地分離強(qiáng)間歇信號(hào)，而且也是去除高頻噪聲的最好方法之一，實(shí)際應(yīng)用HHT時(shí) 必須克服邊緣效應(yīng).可參考的結(jié)構(gòu)動(dòng)力參數(shù)識(shí)別方法及特點(diǎn)如表4所示。表4,結(jié)構(gòu)動(dòng)力參數(shù)識(shí)別方法及特點(diǎn)B，0,8，動(dòng)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(guò)程的各種近似因素及不確定因素 或者在使用過(guò)程中出現(xiàn)損傷 使得該動(dòng)力有限元模型不可避免地含有誤差，因此。由動(dòng)力有限元模型預(yù)測(cè)的結(jié)構(gòu)響應(yīng).一般無(wú)法與測(cè)量得到的結(jié)構(gòu)響應(yīng)完全一致 需要通過(guò)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(dòng)力有限元模型 使得修正后的動(dòng)力有限元模型可以正確預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)響應(yīng)，由修正的結(jié)構(gòu)動(dòng)力有限元模型預(yù)測(cè)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)將與測(cè)量的結(jié)構(gòu)響應(yīng)一致，該修正的動(dòng)力有限元模型將作為判別結(jié)構(gòu)性能的基準(zhǔn)。2，動(dòng)力有限元模型的修正過(guò)程包括.模型匹配.使得測(cè)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(cè)頻率，模態(tài)與測(cè)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(dú)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(guò)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(dòng)力識(shí)別應(yīng)符合下列要求,1、結(jié)構(gòu)退化，損傷識(shí)別系統(tǒng)分為兩個(gè)過(guò)程，一是得到修正的有限元模型.作為結(jié)構(gòu)退化損傷識(shí)別的基準(zhǔn) 二是根據(jù)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng).通過(guò)識(shí)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(shí)別方法可分為兩類、非破壞性評(píng)估方法、基于振動(dòng)特性的結(jié)構(gòu)破壞識(shí)別方法、非破壞性評(píng)估方法 主要應(yīng)用于檢測(cè)識(shí)別結(jié)構(gòu)部件的局部破壞 基于振動(dòng)特性的結(jié)構(gòu)破壞識(shí)別方法,可以對(duì)結(jié)構(gòu)整體的力學(xué)性能給出定量評(píng)價(jià)，從而識(shí)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(shí)別方法分為以下四級(jí)。分別稱為a。b，c，d級(jí)識(shí)別方法,算法，a級(jí)?？梢宰R(shí)別已經(jīng)發(fā)生的損傷，b級(jí)。可以識(shí)別已經(jīng)發(fā)生的損傷。并且判斷損傷發(fā)生的位置 c級(jí)。可以識(shí)別已經(jīng)發(fā)生的損傷.判斷損傷發(fā)生的位置,同時(shí)估計(jì)損傷的程度.d級(jí)?？梢宰R(shí)別已經(jīng)發(fā)生的損傷，判斷損傷發(fā)生的位置,估計(jì)損傷的程度。同時(shí)預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的剩余壽命。4。a級(jí)識(shí)別方法可用于結(jié)構(gòu)頻率變化的識(shí)別.作為結(jié)構(gòu)退化或損傷的標(biāo)志。b級(jí)識(shí)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(cè)的振型需十分準(zhǔn)確,5。結(jié)構(gòu)損傷識(shí)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(shí)際量測(cè)、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(shí)別方法包括破壞因子識(shí)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(shí)別方法。Damage，Index。Method、考慮一個(gè)線彈性梁。有限元離散為NE個(gè)單元.N個(gè)自由度、ψi。z。為結(jié)構(gòu)的第i個(gè)振型向量。EI,x、記為梁的彎曲剛度,L記為梁的長(zhǎng)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(gè)位移特征向量.結(jié)構(gòu)有退化或損傷時(shí)、特征值問(wèn)題可寫為 其中 結(jié)構(gòu)退化或損傷時(shí)的相應(yīng)量、對(duì)梁而言,考慮在點(diǎn)x處作用彎矩M，x、在該點(diǎn)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,Flexibility。Method.結(jié)構(gòu)沒(méi)有退化或損傷時(shí).柔度矩陣、F、可以由測(cè)量的結(jié)構(gòu)振型計(jì)算如下,其中，i,第i個(gè)質(zhì)量歸一的振型向量.Φ，振型矩陣 Φ、1.2、n。wi 第i個(gè)振動(dòng)頻率，Ω.振型剛度矩陣，Ω.diag,w21.w22,w2n，n，測(cè)量或計(jì)算的模態(tài)個(gè)數(shù) 同樣結(jié)構(gòu)退化或損傷時(shí)、相應(yīng)的柔度矩陣。F、可以由測(cè)量的結(jié)構(gòu)振型計(jì)算如下 上式為對(duì)向量的絕對(duì)值運(yùn)算 理解為對(duì)向量每個(gè)元素分別取絕對(duì)值?？勺鳛榻Y(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(méi)有退化或損傷時(shí),柔度矩陣、F?？梢杂蓽y(cè)量的結(jié)構(gòu)振型計(jì)算如下 同樣,結(jié)構(gòu)有退化或損傷時(shí)。柔度矩陣可以由測(cè)量的結(jié)構(gòu)振型計(jì)算如下.其中.結(jié)構(gòu)退化或損傷時(shí)的相應(yīng)量.在所有的自由度上作用單位載荷，此時(shí)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(méi)有退化或損傷時(shí)。結(jié)構(gòu)特征值問(wèn)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(gè)質(zhì)量歸一的振型向量,wi.第i個(gè)振動(dòng)頻率，Ω。振型剛度矩陣.Ω、diag.w21、w22。w2n。n，測(cè)量或計(jì)算的模態(tài)個(gè)數(shù)、當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生退化或損傷時(shí)，假定.K、及 M。的攝動(dòng)量為 Kd.及 Md,結(jié)構(gòu)特征值問(wèn)題可寫為.其中。結(jié)構(gòu)退化或損傷時(shí)的相應(yīng)量。預(yù)測(cè)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(cè)量的結(jié)構(gòu)振型計(jì)算得到