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Ibra》him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【(ER？A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(《EMD)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Hilbe！r，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HHT—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 】    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(！Dam？age Inde】x Method】)  】。 ，  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E】I(：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(Change！ in Flexi！。bility 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]＝dia【g[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：(Change 】in unif【o，。rm f《lexibilit！y shape c！。urva《t，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 st！iffness m！et：hod) ！。     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]＝diag[！w21w22…w2！n]； 》 ：  ？      —。   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？[△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 ？ 》 ，