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(L》。SCE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HH《T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？Hilbert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】。。Hilb《e，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 】     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(《Dama《g，e I？ndex Met】h，od) 【    》 考虑一个线弹性】梁有限元离散为N】E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； 【 ， ，    —       {x！i}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(Cha》。nge？ in 《Fl：exibi》lity M—e，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}]； ！   《        w！。i第i个振动频【率； ？。 ：       ！    [Ω]振型！刚度矩？阵[Ω]＝d—iag[w2—1w22…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—g，e in un【ifor《m flexibi！lity sha】pe curvat！ure m》。et：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 ！ 【  ？   ？。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(《C，hange in ！。stiff》ness me【th：od：)，    ！ ，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[w《21w22…—。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[△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 【 ？ ：