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Ib【rahim》时域法、最小二乘】复指：数法：(，LSCE法)—、多参？考点复？。指数：法(：PRC？E法)？、特征系统实现【法，(E：。R，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【 ， ，     H！H，。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HHT谱在—时域内的分》辨率高于小波谱 ！  》。 ，  ：与傅立叶谱相比【从Hi？。lb：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Hilbe】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】HH：。T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(Damage】 I：nde？x Me《th：。od) 》 ：     —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(C！han？ge in F【lexibil【ity 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]＝di！ag[w21w【22…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 fl—exib《ility —shape cur！vatu《r，e 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 ！ 】    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《an：ge ？in stiffn！ess 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；？ ，。 ，    【  ：     w—i第i个《振动频率；》。 《        ！。   ？[Ω]振型刚度矩阵！[Ω]＝di—ag[w2》1w22…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》 ？ ： ： ，