發(fā)布時(shí)間：2020-07-13 21:16

【摘要】：隨著越來(lái)越多復(fù)雜大型建筑物投入使用,單純的考慮設(shè)計(jì)及施工過(guò)程的安全性已經(jīng)不再足夠,更需要實(shí)時(shí)對(duì)服役中的結(jié)構(gòu)健康情況做出評(píng)價(jià)。因此結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)成為了近年來(lái)土木工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),目前,結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)在許多實(shí)際的工程項(xiàng)目中得以應(yīng)用,起到實(shí)時(shí)預(yù)警,保證安全的作用。而健康監(jiān)測(cè)最核心的技術(shù)是對(duì)結(jié)構(gòu)損傷狀況進(jìn)行識(shí)別,結(jié)構(gòu)參數(shù)識(shí)別技術(shù)則是結(jié)構(gòu)損傷診斷的基礎(chǔ),因此對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行識(shí)別具有廣闊的應(yīng)用前景。相較于模態(tài)參數(shù)識(shí)別,直接識(shí)別物理參數(shù)的方法更加直觀,而最常用的結(jié)構(gòu)物理參數(shù)識(shí)別方法就是擴(kuò)展卡爾曼濾波方法。傳統(tǒng)的擴(kuò)展卡爾曼濾波在識(shí)別時(shí)變的結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí),其跟蹤性能較差,為了解決這個(gè)問題,引入遺忘因子,但是選用常遺忘因子,其值的選擇對(duì)識(shí)別結(jié)果有較大影響;自適應(yīng)方法跟蹤性能強(qiáng),但是計(jì)算比較繁瑣。本文在總結(jié)過(guò)去學(xué)者研究成果的基礎(chǔ)上,引入了強(qiáng)跟蹤擴(kuò)展卡爾曼濾波方法用于識(shí)別時(shí)變的結(jié)構(gòu)物理參數(shù),主要進(jìn)行了以下工作:(1)詳細(xì)介紹了卡爾曼濾波的基本原理并推導(dǎo)出遞推公式;針對(duì)物理參數(shù)識(shí)別問題,提出了適用于非線性系統(tǒng)的擴(kuò)展卡爾曼濾波方法,給出了其算法流程;介紹了加權(quán)整體迭代的方法保證識(shí)別結(jié)果的穩(wěn)定收斂;編寫了識(shí)別方法程序,并分別對(duì)單自由度、多自由度及線性、非線性的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)值仿真,其中非線性遲滯系統(tǒng)采用了Bouc-Wen模型描述滯回曲線。數(shù)值仿真的結(jié)果表明,擴(kuò)展卡爾曼濾波對(duì)于不同的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)均可以有效識(shí)別結(jié)構(gòu)物理參數(shù)。(2)為了解決擴(kuò)展卡爾曼濾波無(wú)法識(shí)別時(shí)變物理參數(shù)的局限性,引入強(qiáng)跟蹤濾波方法,該方法通過(guò)引入一個(gè)漸消因子實(shí)時(shí)修正預(yù)測(cè)誤差協(xié)方差矩陣,增大卡爾曼增益,保證濾波能夠有效追蹤參數(shù)的變化,具有極強(qiáng)的魯棒性,且計(jì)算量適中,可以有效對(duì)時(shí)變的結(jié)構(gòu)物理參數(shù)進(jìn)行識(shí)別。編寫了識(shí)別方法程序,對(duì)結(jié)構(gòu)剛度突變的不同結(jié)構(gòu)體系,利用強(qiáng)跟蹤擴(kuò)展卡爾曼濾波方法進(jìn)行仿真識(shí)別。識(shí)別結(jié)果證明,強(qiáng)跟蹤方法可以有效的識(shí)別出系統(tǒng)參數(shù)的變化。與此同時(shí),針對(duì)輸出信息不完備狀況,對(duì)不同工況進(jìn)行研究,指出了信息不完備狀況下,該方法依然具備實(shí)用性。(3)為了驗(yàn)證強(qiáng)跟蹤擴(kuò)展卡爾曼濾波方法在實(shí)際工程中的實(shí)用性及有效性,將方法應(yīng)用于一個(gè)12層鋼筋混凝土框架的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn),利用試驗(yàn)得到的加速度地震響應(yīng)作為輸入輸出數(shù)據(jù),對(duì)不同工況下結(jié)構(gòu)模型的物理參數(shù)進(jìn)行了識(shí)別,給出了各個(gè)工況下的模型各層剛度及阻尼識(shí)別結(jié)果,并與試驗(yàn)破壞現(xiàn)象及模態(tài)分析結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,分析了模型結(jié)構(gòu)在不同地震動(dòng)輸入下的損傷情況,驗(yàn)證了方法識(shí)別物理參數(shù)及結(jié)構(gòu)損傷。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TU317
【圖文】：

建筑的歷史是隨著人類發(fā)展的歷史不斷進(jìn)化的，建筑形式的發(fā)展變遷實(shí)際上見證著人類文明生產(chǎn)力的進(jìn)步發(fā)展。尤其是在進(jìn)入近現(xiàn)代以后，科技的日新月異動(dòng)著建筑材料、建筑形式的不斷更新，近幾十年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及經(jīng)建設(shè)的發(fā)展，現(xiàn)代土木工程正在不斷突破限制，向著“更高，更大，更長(zhǎng)，更復(fù)雜的方向不斷發(fā)展，各種大型的復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)如雨后春筍一般紛紛林立。如位于拜的世界第一高樓——哈利法塔（BurjKhalifaTower）,建筑高度高達(dá) 828 米；剛投入使用的全世界最長(zhǎng)跨海大橋——港珠澳大橋（Hong Kong-Zhuhai-MacBridge），橫跨伶仃洋，全長(zhǎng)達(dá) 55 千米；位于北京的中央電視臺(tái)總部大（CCTV Headquarters），以其復(fù)雜的造型及 75 米長(zhǎng)的懸臂，被評(píng)為世界十大建奇跡（圖 1-1、1-2、1-3）。凡此種種形態(tài)復(fù)雜，高聳龐大的地標(biāo)性建筑物不斷在程上得以實(shí)現(xiàn)，標(biāo)示著土木建筑的蓬勃生長(zhǎng)。然而，隨著越來(lái)越多大型建筑物拔地而起，除了對(duì)工程的設(shè)計(jì)和施工提出了高的要求，也同時(shí)為其在設(shè)計(jì)使用期內(nèi)的安全和維護(hù)工作增加了不小的難度。

建筑的歷史是隨著人類發(fā)展的歷史不斷進(jìn)化的，建筑形式的發(fā)展變遷實(shí)際上見證著人類文明生產(chǎn)力的進(jìn)步發(fā)展。尤其是在進(jìn)入近現(xiàn)代以后，科技的日新月異動(dòng)著建筑材料、建筑形式的不斷更新，近幾十年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及經(jīng)建設(shè)的發(fā)展，現(xiàn)代土木工程正在不斷突破限制，向著“更高，更大，更長(zhǎng)，更復(fù)雜的方向不斷發(fā)展，各種大型的復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)如雨后春筍一般紛紛林立。如位于拜的世界第一高樓——哈利法塔（BurjKhalifaTower）,建筑高度高達(dá) 828 米；剛投入使用的全世界最長(zhǎng)跨海大橋——港珠澳大橋（Hong Kong-Zhuhai-MacBridge），橫跨伶仃洋，全長(zhǎng)達(dá) 55 千米；位于北京的中央電視臺(tái)總部大（CCTV Headquarters），以其復(fù)雜的造型及 75 米長(zhǎng)的懸臂，被評(píng)為世界十大建奇跡（圖 1-1、1-2、1-3）。凡此種種形態(tài)復(fù)雜，高聳龐大的地標(biāo)性建筑物不斷在程上得以實(shí)現(xiàn)，標(biāo)示著土木建筑的蓬勃生長(zhǎng)。然而，隨著越來(lái)越多大型建筑物拔地而起，除了對(duì)工程的設(shè)計(jì)和施工提出了高的要求，也同時(shí)為其在設(shè)計(jì)使用期內(nèi)的安全和維護(hù)工作增加了不小的難度。

圖 1-3 港珠澳大橋在土木結(jié)構(gòu)服役期內(nèi)，其將會(huì)受到各種因素的影響，首先一些早期建筑在設(shè)計(jì)建造之初就存在著結(jié)構(gòu)上的缺陷，其次在長(zhǎng)期的使用期內(nèi)，結(jié)構(gòu)不可避免的會(huì)受到如環(huán)境的侵蝕以及材料的老化等自然因素的影響，再加上各種人為或自然荷載作用的耦合，結(jié)構(gòu)必然存在一定程度的損傷，盡管這些損傷最初只是十分微小的，

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