，。 附录B—  钢结构的—动力检测 】 ， B.0—.1  钢结构动力！特性和动力响应是】两种：不同性？质，的数据对钢》结构：进行动力《检测可分为动力【特性检测《或动力响应检测【必要时可《包括两者应》。根据不同目》的要求确定相应的】检测：目标：钢结构动力检测【的目的如下 ！ ：。    (1)通过！动力特性检测一般】情况：下可获取结构—自，振频率、振型—。、模态阻尼比当有】。。特殊要求《时，可获取模态刚度【、模态质量等结构动！力性能参数可—为结构计算模型修】正提供依据为结构】损伤判别《提供参？。考依：据；  ！   ？(2)通过动—力响应？检测获取结》构动力输入处—和，响应最？大处的？。位，移、速？度、加速度为理论分！析和采取减振加固措！施提供依《据， 》    《 由于受灾损—伤、老化《等诸多因素导致钢结！构的退？化或损伤必将在【结构的静力响应和动！力响应(《如结构？位移、结构》频，率、结构《振动模？态等)？中表现出来因—此检：测结构的动力特【。性和动力《响应获取结》构的：动力参数数据—。通过有效的识别方】法捕捉结构》响应的变化确定【结构的力学性能变化！进而可？推测结构是否存【在退化损伤以及更】。进，一步的结构退—化损伤？信息并给出结构安全！状态评估 【    — 另：外当钢结构》遇到某种动外—力如机械动力—、车辆经过的动力】、大：。风等时某些部位可能！会有位移、速度或】加速度过大的现象发！生这些现象可—能对结构的》安，全，产生影响或引起结构！。内部人员身》体不：适为了解释、评估】这种现象对》结构安全或》人员身体《不适的影响》程度以及为了进【一步采取减轻—这种影响的措施【需要通过动》力检测提供》。可靠的数据依据 】。 ？ B.0.2  ！由于动力检》测代价昂《贵因此本《条仅列出常见需要】进行动力检测的几类！结构实际《需要时？可根据要求另行增加！或细化 】 B.0.3—  对于大型复【杂结构？单点激励显得能量】不够且在传》递过程中损失—。较，。。大，因，此，距激励较远的地方】。响应信号较弱信噪】。比，较小若增大激励【力则容易产》生局部效应过大造成！。非线性现象另外单】点激：励时若激励》点正好处于某—阶模态的节点—位置对该阶》模态：来说系统将成—为不可控和不可观】的因此将《无法辨识该阶—模态就会发生—漏失模态的现象对】于单输入多输出【系统模态《参数辨识一般只【利，用频响函数矩阵中】的一列数《据因此能提供的信息！量有限影响辨识【。精度：对模态密集的情【况辨识能《力较弱在下列—情况下必《须进行多点激励 ！     (！1)重？频、密频； — ？     (2)！结构巨大需要—大的能量激励； ！。 ：     (3)！一激励点为某阶感兴！趣模态的节》点 B】.0.4《～，B.0.7 — 结构动力》性能检测《。应符：合下列要《求 ：     ！(1)设备要求动】力，。检测试？验设备一般包括激】振设备、振动控制设！备、测量和记录仪】器，。。、数：据处理设备体—积小、重量》轻的激振器可以减】小对：被测系统的影—响测：试量程应合适若量】程设置？过大测试信》号过：低信噪比将降低；反！之若量程设置过小则！。容易：过载仪器的灵敏度、！分辨率若不满—足测：试要求将导致错误的！测试结果甚至—测试：无法实施 》   【  (？2)测试要求试验】结构：的模型可参考国家】现行：标，。准的相关《要求制作如果激【振点正好选在结构某！阶模态的《节点上则该》阶模态不能被激发】即使激振点》在节点附近该阶模】态的振？动信号也很弱如果】激振点正好落在某】阶模态？。的峰点附近则激【振力能有效激—起该阶模态但由于峰！点的：。。振动幅度最大可能超！出测量？仪器量程范围—激，振点的？选取有两种方法根】据经验确定即如【果结构有自由端激振！点，。。宜选在自由端附近】；如果结构对称不宜！选在结构对称面【上根据？试，验确定即《在通过经验初步确定！的基础上《可选定几《个激振点《进行激？振试验测量若干个】频响函数观察由哪】几，个激振点激励所得】到的频响函数不丢】失重要模态》。则此点为最佳激【振点 】。    (3)【数，据处：理要求时域法可【以克服频域法的【一些缺陷特别—是对大型复》杂结构受到》风、浪及大地脉动】作用时在工作中承】受的荷载《很难测量但响应信】号很容？易测得直接利用响应！的时域信号进行参】数识别无疑是—很有意义的时域【法是将振动信—号，直接进行识别最基本！、最常用的有I【brahim—时域法、最小—二乘复指数》法(LSC》E法)、多参考【。点复指数法》。(P：RCE法)、特征系！统实现法《(，ERA法)和时序分！。析法等 【    》 时域法的主—要优点？是可以只使用实测】响应信？号无须傅立叶变换因！而可以利用》时域方法对》连续工作的设备例如！。发电机组、》大型：化肥设备及化工装置！等进：行“在线”参数【识别由于《时域法参数》识别技术只需要响应！的时：域，信号从而减》少了激励设备—大，。大节省了测》。试时间与《费用这些都是—频域法所不具有的优！点当不使用脉冲响应！信号时缺点也—很明显？由于不使用平均技】术，。因，而分：析信：号中包含噪》声干扰所识别的【。模，态中除系统模—态外还包括》噪，声模态如何甄别【和剔除噪声》模态一直是时域法】研究中的《重要课题 》     ！频域：法可分为单模—态识别法、多模态识！别法：、分区模态综合法、！频域总体《识别法？等对：小阻尼？且各阶模《态耦合较小的系统用！单模态识别法—可达到满意的识别精！度而对？模态：耦合较？大的系统必须用多】模，态识别法频域—法，的最：大优点？是利用频域》平，均技术最《大限度地抑制噪声影！响使模态定阶—问题容易解决但也】存在以下不足功率】泄露、频率》混叠及离线分—析，等 《。  《   在识别—振动模态参数时虽然！傅立叶变换能将信号！的，时域特征和频—域特征联系起来分别！。从信：号的时？。域和频域《观察但由于信—号的：时域波形中不包含】任何频域《信息所以不能把【二者有机结合—另外傅立叶谱是【信号的？统计特性从其—表达式可看出它是】整，个时间域内的积分】没有局部分析信【号的功能完全不具备！时域信息这样在信】号分析中《就面临时《域和频域的局部化】矛盾 】    由于对【非线：性参数需用迭代法识！别因而分析周期长又！由于必须使用—激励信号《一般需增加复杂的】激振设备特别是对大！。型结：构尽：。管，。可采用多点激励技术！但有：些情况下《仍难以实现有效激振！无法测得《有效激励和响应【信号大型海工结构、！超大建筑《。及超大？运输等往往》只能得到《其，自，然力：或工作动力激励下】的响应信《号 》   《  小波分》析能将？时域：和频域结合起—来描：述观：察信号的时频联合特！征构成信号的时频】谱也称为时频局【部化方法特别适【用，于非稳定《信号 【     小波分析！是傅立叶分析方法】的突破性进展是一】种新的时变信—号时频两《维分析方《。。法它与短时傅立叶】变换的？最，大不同之处是—其分析？精，度可变？它是一种加时变【窗进行分析的方【法，在时频相平面的【高频段具有高—的时间分辨率—和低的频率分—辨率而在低频—段具有低的时—间分辨率和高—的，频率分辨率这正【符合低频《信号变换缓慢而高频！信号：变化迅速的特—点小波变换比短时】傅立叶变换具有更】好的时频窗口特【性克服了《傅立：叶变：换中时频分》辨率恒定《。的弱点因《此它具有《能在足够时间—分辨率的前提下分析！信，。号的短时高频成分、！。又能在很好的—。频率分辨率下估计信！号中的低频》的优点？但小波分析源于【傅，立叶分？析，小波：。函数：的存在性证明—依赖于傅立叶—。分析因此它不—可能完全取代傅【立叶分？析本质上小波变换】仍是一种线性—变换不能用于处【。理非线性《问题：此外小波变换分【析的分辨率仍有【一，定的：。极限这使得变换【结果在某些》场合下失去》了物：理意义 【     HH】T分析与小波分析】等其他？。方法相比《。具有以下特点— ， ，。  》 ，  经？验模式分解(EM】D)能？。有效：处理非平稳信号在】线性：框架：下HH？T谱与小波》谱具有相同的—表现特性但HH【T谱在时域内的分】辨率高于小波—谱 》     与傅】立叶：谱相比？从Hilber【t谱中不《。仅可看出幅值而且可！以看出频率随时【间的：变化情？况这是傅立叶—谱所不能反映的此】外对非平稳的时【。程曲线傅立》叶谱的分辨率可能】要低一些《而对Hilbe【rt谱来说因—为可以结《合频率？和时间两个坐标来】分析容易消除一些干！扰有利于提》高检索信号的分【辨率 ？     ！在克服？边缘效？应后：HHT能较好—地处：理短时信号 】   》  HHT能客【观处理一类非线性】问题所得到的三维】谱形：。。能准确？地，用，于波内调制机制【从而反映出系—统的非线性变化特性！小波分析难》以处：理非线性问题 【  — ，  EMD能较好地！分离：强，间歇：。信号：而且也是去除高频】。噪，声，的最好方法之—一实际应《用HHT时必须克服！边缘效应可参—考的结？构动力参数识别方法！及特：点如表？4所示 【。 ：表4  结构—动力参数识》别，方，法及特点 【 ： ！ B.0【.8  动力有限】元模型的修正—应符合下列要—求 — ，    (1—。)由于大型土—木结：构的复杂性建—模过程的各》种近似因素及不确定！因素：或者在使用过程中出！现损伤使得该动力】有限元模型不—可避免地含有—误，。差因：此由动力有限元模型！预测的？结构响应一般无法与！。测量得到的》结构响应完全一致需！要通过？获取的处于安—。。全使：。用状态下的结构响应！数据修？正结构？的动力有限》。元模型使得修正【后的动力有限元模】。型可：以正确？预测结构响应由修正！的结构动力有—限，元，模型预测的结构响应！将与测量的结构【响应一致该修—正的动力《有限元模《型将作为判别—结构：性能的基准 —   【  (2《)动力有限元—模型的修正》过，程，包括： ？    — ，模型匹配《使得测量的》。自由度与有限元模型！的自由度相》互协调？ —    相关性指标！比较：分析频率与量测频率！、模态与测量模态的！一致程度以便—决定是？否需要？模型修正 ！    《 (3)选择修正参！数修正参数》。可分为下面几—种类型 —    — 整体系统矩阵【的独：立元素 》     】描述整体刚度矩阵】中子矩阵《按比例变化的—参数子矩阵可以【是单元矩阵或描述】结构某一有限部分】的矩阵 【     有限】元，模型的物理》。。参，数(即？材料特性或几何【特性) 》 ？   ？  (4)误—。差，定位：确定有限元模—型误差发生的位【置，  【   ？(5)修正方法修正！方法可分为》两类一类是直接修】改结构的总刚度矩】阵或总质量矩阵【也可以？是修改其中的某【些系数即《所谓：的直：接修正法；》另，。一类是选择一组修正！系数如选择》结，构的几？何尺寸？、材料性质、边界条！件以及？连接刚度等作为【修正参数然后通过】。修正：改组参数《的方式达到》有限元模《型修正的目的—也称为迭代法— B.】0.9  结构损伤！动力识别应》符，合下列要求》  【   ？(1)？结构退化／损伤【识别：系统分为两个—过程一是《得到修正的有限元】模型作为结》构退：化损伤识别的基准】；二：是根据结构》的，动力响应通过—。识别：算法判？断结：构的力？学性能 — ，   《  (2)》结构退化《／损：伤识别方法可分为】。两类非破坏性评估】方法、？基于振？。。动特性的结》构破：坏识：别方法非破坏性评】估方法主要》。应用于？检测识别结构部件的！局部破坏；基于振】动特性？的结构破坏识别方】法可以对《结，。构整体？。的力学性能》给出定量评》价从而识别》结构：整体力学性能的【退化或整体结构性】能的损伤 》    】 (3)结构退化】／损伤？。识别方法分为以【下四级？。分别：称为a、b、c、d！级识别方法(算法】) ：。    】 a级可《以识：别已经发生的损【伤 ？     b！级可以？识别已经发生的【损伤并且判断损伤】发生的位置 — ， ： ，     》。c级可？以识别已经发生【的损伤判断损伤【发生的位置同时【估计：损伤的程度 —  —   ？d级可以识别已经发！生，的损伤判断损伤发生！的位置估计》损伤的程度》同时预测结构的剩】。余寿命 】     》(4)a级识别方法！可用于结构频率变化！的识别作《为结构退化或—损伤：的标志；b级识别】方法：可用于？判断结？。构是否存在退化【或损：伤及损伤发生的【位，置但前提条件是量】测的：振型需？十分准确 — 《  ： ， (5)结构损伤识！别方法？主要：包，含破：坏因子方法》、振型？模态曲率《方法、振型模态应】变能法、柔度变化方！法、均匀柔度模【态曲率变化方法【、刚度变化》方法：等考：。虑到质量《。矩阵难以实际量测】宜选用破《坏因子方《法、振型模态曲率】方法、振型》模态应变能法、刚】。度变：化方法 ！。  ： ， ，(6)结构损—伤识别方法包—括破坏因《。子识别方法、—振型：模态曲率《方法、柔度变化方法！、均：匀柔度模态曲率变化！方法和刚度变化方法！ 》 ，。    《1，)破坏因子识别方法！(Damag—e ：Index Met！hod) —   —  考虑一个线【弹性梁有限元离【散，为NE个单元、【N个自由《。度ψi(z)为结构！的第i个振》型向：量，EI(x)记—为梁的弯曲刚度L】记，为，。梁的：长度定义破》坏因子如下 】 ！。    其》中[K]结》构刚度矩《阵；： 《       】    [》M，。]结构？。质量：矩阵； 》。     】      {【xi}第i个位移】特征向量 】     结【构有退化《。或损伤时特征值【问题可写为 — 【     】其中*？结构退化或损伤时的！相应量？。  【 ，  对？梁而言考虑在点x处！作用弯矩M》。(x：)在：该点处的变形曲率】v″：(x)可以写—为 《 】     》其中EI梁的弯曲刚！。度； ？ ？ ，   ？   ？   ？  v″(x—。)变形曲率》。可以用作损伤因子】    ！ 3)柔度变化【方法(？C，hange in】 F：。lex？ib：ility —Me：thod) ！     结构没！有退化或损伤—时柔度矩阵》。[F]可以》由，测量的结构振型计算！如，下， 【   【  其中{》。i}第i个质量归】一的振型向量； ！    【   ？    《[Φ]？振型矩阵《[Φ]＝《[，{1}？{2}…《{n}]《；，  【 ，        】wi：第i个振动频—率； 《 ， ？ ，      —   [Ω]振【型刚度？。矩阵[Ω]＝di】ag[w2》1w22…w2n]！； — ，。        】 ，。 n：测量或？计算的模态个数 ！     】同样：结构退化或损伤【时相应的《柔度矩阵[F]可】以由测？。量的结构振》型计算如《下 《 【  ？   上式为对向量！的，绝对值？运算理？解为对向量每—个元素分别取绝【对值：可作为结构退化或损！。伤指标？ 》     4)均匀！柔度模态曲》率变化方《法，(Cha《nge i》。n unifo【rm flexi】bilit》y s？hape cu【r，vat？ure meth】od)？ ？     【结构没有退化或损】伤时柔度矩阵—[F]？可以由测量的结【构振型计算》如下 【。 —     》同样结构《有退化？或损伤时柔度矩阵可！以由测？量的结构振型计算】如下 》 【     其中】*结构退化或损伤】时的相？应，量 》     在所有！的自由度《上作用单位载荷【此时的结构位移称为！均匀柔度矩阵 】   —  [？△]：。可作为结构退化【或损伤？指标 ！ ： ：     5—)，刚，度变化方法(Cha！nge in 【。stiffne【。ss me》tho？d) 】 ，   不《考，虑结构？阻尼结构《没有退化或损伤时结！构特征值问题可写为！ ， ， 】 ：    其中—[K]结构刚度矩】阵； 【 ，       【   [《M]结构《质量矩阵； —     ！。 ，     [—Φ]振型矩阵[Φ]！＝[{1}{—2}…{n}—]； 】     》 ，    {i}【第i个质量归一的】振型向量； ！  ？。      — ，  ：wi第i个振动频】率； —       】    《[Ω]振型刚度【。矩阵[？Ω]＝d《iag[《w21？w2：2…w2n]—； ？ ：     —      n测】量或计算《的模态个数 【     当！结构发生退化或损】伤时：假定[K]及—[M]的摄动量【。为[△？。Kd]？。及[△？Md]？结构特征值问题【。可写为 ！ 《     —其中*结构退化或】损伤时的相应量 】 》   ？ ，预测结？构退化或《损，伤可先？不考虑质量矩—阵的变化下面的表达！式可作为结构退化】或损伤的《指，。标 】 ：     【结构退？化或损伤前后的刚度！矩，阵可由测量的结构】振型计算得到 【。 【