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Ibr】ahim时域法、】最小二乘复》指数法(LSCE】法)：、多参考点》复指数法(PRCE！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 ？ 《  ：  ： H：HT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】(EMD)能有效】处理非平《稳信号在线性框架下！HHT？谱与小波谱具有【相同：的表现？特性但HHT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H？ilbert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HH《T能较好地处理短时！信号： —。    HH—T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 】     EM！D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(Da！mage 》Inde《x Meth—od) 】     》。考虑一个线弹—性梁有限元离—。散为NE个单—元、N个自》由度ψ？i(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E】I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(！Change 【in Fl》e，xibility ！。。Method) 】。 》    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[w《2，1w22…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(C》hange —i，n u？niform 【flexibi【lit？y s？hape c—urvatur【e method)！ ： ？    《。 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(【Chan《ge ？in stiffn！ess m》ethod) ！   》 ，。 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]＝di—ag[w21w22！。…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[△K】d，]及[△M》d]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 ！ 》 ，