基于能量法的簡支鋼梁損傷識別試驗及有限元分析

薛剛　王崇閣

摘要：針對目前梁式結構損傷識別中識別精度和實際應用方面存在的不足，以能量耗散理論為基礎，對簡支工字形鋼梁的損傷識別進行了數值分析及試驗研究。通過結構損傷時每一單元的模態應變能耗散率與損傷前、后模態應變能變化之間的關系，推導出單元損傷變量的表達形式。研究結果表明：單元損傷變量只需要利用結構損傷前、后的模態振型即可算得，在實際應用中可通過模態擴階技術解決實測自由度與理論自由度不匹配問題；該方法可準確識別出簡支鋼梁損傷單元的位置，并在一定程度上表征損傷程度。

關鍵詞：能量耗散；簡支鋼梁；多位置損傷；損傷識別；模態擴階；有限元分析

中圖分類號：TU317文獻標志碼：A

0引言

服役期間的土木工程結構在荷載及自然環境的作用下，將不可避免地產生損傷累積和抗力衰減，局部損傷的發展不僅會影響結構的使用壽命，還可能引起結構倒塌等突發性事故，嚴重威脅人們的生命財產安全[12]。基于結構振動特性的損傷識別方法因具有不影響結構的正常使用、檢測費用低等特點而成為各國學者的研究熱點，該方法的核心問題是選取一個容易獲得且對結構損傷敏感的指標，所選取的損傷指標應該具備2個基本條件[34]：①對局部損傷敏感；②是位置坐標的函數。目前比較常用的損傷指標主要有固有頻率、模態振型、曲率模態、模態應變能等。

本文中所用的損傷識別方法……