？ 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【a，him时域法、最】小二乘复指数法(】L，。SCE法)、—多参考点复指数法(！PRC？E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(E《MD)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HH《T谱在时域内的【分辨：率高于？小波谱？ 》   ？  ：。与傅立叶谱相比从H！ilb？er：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Hil】bert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H：HT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 【  《。 ，  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H【HT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，(D：amage》 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(Chan】。ge in F【lexibili】ty Met—hod) 】 ：    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]！＝diag》[w21《w22…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(Ch】ange in【。 unif》orm？ flexibil！ity shap】e cur》vature 【。metho》d) 《 ：。  ？   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(Ch《a，nge？。 ，in ？。stiffness！ me？thod) —。  —   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—。。[△Kd]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 — ？