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Ibrahim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 》  》  ： HHT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H【HT谱在时域—。内的分辨率高于【小波谱 《 ， 《 ， ， ， 与傅立叶谱相比】。从H：ilbert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Hi【lbert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 ？ ，     】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 M！etho《d) ？ ：  《 ，  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(Ch】ange in 】Fle？xib？。ility》。 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 》 【   《 ， ，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[w【21w22…w【2n]； 》 《    《   ？   ？。 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(Chan】ge in》 u：nifo《r，m flexi【bi：lity《 shape c】urva《ture 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》(Change【 i：n stiffne！ss metho】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？]＝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[△—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 ！ ：