【摘 要】
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随着人们对结构动力学及损伤力学的深入研究,对混凝土梁结构的损伤机理的认知及损伤诊断方法的理论基础得到了很大提升。其中,基于振动信息的结构损伤识别方法通过测量、分析结构的振动响应信号来判断、定位、定量损伤,成功地运用到了很多实际结构工程的损伤诊断与健康监测中。本文主要利用梁结构模态参数对结构损伤的响应特点,结合信息熵和效用信息熵对结构系统非线性的显著突显作用,提出新的基于模态信息熵的损伤识别指标,并
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随着人们对结构动力学及损伤力学的深入研究,对混凝土梁结构的损伤机理的认知及损伤诊断方法的理论基础得到了很大提升。其中,基于振动信息的结构损伤识别方法通过测量、分析结构的振动响应信号来判断、定位、定量损伤,成功地运用到了很多实际结构工程的损伤诊断与健康监测中。本文主要利用梁结构模态参数对结构损伤的响应特点,结合信息熵和效用信息熵对结构系统非线性的显著突显作用,提出新的基于模态信息熵的损伤识别指标,并通过有限元模拟和模型试验验证了新指标的有效性及可靠性。主要研究内容如下。（1）基于模态曲率指标对结构损伤的敏感性,将信息论中的效用信息熵引入到混凝土梁结构的损伤识别中,提出模态曲率效用信息熵指标（MCUIE）。在计算结构效用信息熵中的概率项p时,以梁结构的模态曲率值作为输入参数,计算相邻三个节点的局部概率,以概率的形式反映结构在发生损伤时模态信息的变化规律,通过简支梁有限元模型验证了所提指标的有效性。（2）为了验证模态曲率效用信息熵指标在实际工程中的可行性,选择均质且变形明显的钢材制作试验简支梁模型。通过对梁体进行对称切割来模拟损伤工况,在梁体上吸附加速度传感器测量结构的振动信息,采用Coinv DASP MAS模态与动力学分析软件分析测试信号,按照模态曲率效用信息熵的计算方法对试验数据进行处理计算。（3）结构的柔度矩阵具有结构模态频率和振型的共同特点,可很好地降低结构损伤识别中高阶模态的贡献,广义柔度矩阵可进一步降低高阶模态的贡献。将广义柔度曲率矩阵与可有效突显结构非线性的信息熵相结合,提出了广义柔度曲率信息熵指标（GFCIE）。并利用服从截尾高斯分布的误差分布模型验证了指标的抗噪性。数值模拟及试验结果表明:本文提出的MCUIE指标很好地发挥出了模态曲率对结构损伤敏感的优势,并通过与效用信息熵结合有效的克服了模态曲率指标的缺点。可有效的识别出结构不同位置处的单点、多点损伤且具有很好的抗噪性,可通过拟合MCUIE指标峰值与损伤程度的关系曲线来定性判断结构的损伤程度。通过简支梁试验也验证了MCUIE的损伤识别能力,可为实际工程的损伤识别提供有效的解决方法;简支梁和连续梁算例结果证实了GFCIE指标可有效的降低高阶模态引起的截断误差,提高了指标的损伤识别精度。GFCIE指标对结构单位置、对称位置及多位置处的损伤工况均较为敏感,对噪声水平不超过10%的损伤工况均可有效识别。
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