發(fā)布時間：2020-07-13 21:16

【摘要】：隨著越來越多復(fù)雜大型建筑物投入使用,單純的考慮設(shè)計及施工過程的安全性已經(jīng)不再足夠,更需要實時對服役中的結(jié)構(gòu)健康情況做出評價。因此結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)成為了近年來土木工程領(lǐng)域的研究熱點,目前,結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)在許多實際的工程項目中得以應(yīng)用,起到實時預(yù)警,保證安全的作用。而健康監(jiān)測最核心的技術(shù)是對結(jié)構(gòu)損傷狀況進(jìn)行識別,結(jié)構(gòu)參數(shù)識別技術(shù)則是結(jié)構(gòu)損傷診斷的基礎(chǔ),因此對結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行識別具有廣闊的應(yīng)用前景。相較于模態(tài)參數(shù)識別,直接識別物理參數(shù)的方法更加直觀,而最常用的結(jié)構(gòu)物理參數(shù)識別方法就是擴展卡爾曼濾波方法。傳統(tǒng)的擴展卡爾曼濾波在識別時變的結(jié)構(gòu)參數(shù)時,其跟蹤性能較差,為了解決這個問題,引入遺忘因子,但是選用常遺忘因子,其值的選擇對識別結(jié)果有較大影響;自適應(yīng)方法跟蹤性能強,但是計算比較繁瑣。本文在總結(jié)過去學(xué)者研究成果的基礎(chǔ)上,引入了強跟蹤擴展卡爾曼濾波方法用于識別時變的結(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;針對物理參數(shù)識別問題,提出了適用于非線性系統(tǒng)的擴展卡爾曼濾波方法,給出了其算法流程;介紹了加權(quán)整體迭代的方法保證識別結(jié)果的穩(wěn)定收斂;編寫了識別方法程序,并分別對單自由度、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,擴展卡爾曼濾波對于不同的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)均可以有效識別結(jié)構(gòu)物理參數(shù)。(2)為了解決擴展卡爾曼濾波無法識別時變物理參數(shù)的局限性,引入強跟蹤濾波方法,該方法通過引入一個漸消因子實時修正預(yù)測誤差協(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,具有極強的魯棒性,且計算量適中,可以有效對時變的結(jié)構(gòu)物理參數(shù)進(jìn)行識別。編寫了識別方法程序,對結(jié)構(gòu)剛度突變的不同結(jié)構(gòu)體系,利用強跟蹤擴展卡爾曼濾波方法進(jìn)行仿真識別。識別結(jié)果證明,強跟蹤方法可以有效的識別出系統(tǒng)參數(shù)的變化。與此同時,針對輸出信息不完備狀況,對不同工況進(jìn)行研究,指出了信息不完備狀況下,該方法依然具備實用性。(3)為了驗證強跟蹤擴展卡爾曼濾波方法在實際工程中的實用性及有效性,將方法應(yīng)用于一個12層鋼筋混凝土框架的振動臺試驗,利用試驗得到的加速度地震響應(yīng)作為輸入輸出數(shù)據(jù),對不同工況下結(jié)構(gòu)模型的物理參數(shù)進(jìn)行了識別,給出了各個工況下的模型各層剛度及阻尼識別結(jié)果,并與試驗破壞現(xiàn)象及模態(tài)分析結(jié)果進(jìn)行了對比,分析了模型結(jié)構(gòu)在不同地震動輸入下的損傷情況,驗證了方法識別物理參數(shù)及結(jié)構(gòu)損傷。
【學(xué)位授予單位】：中國地震局工程力學(xué)研究所
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：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，科技的日新月異動著建筑材料、建筑形式的不斷更新，近幾十年來，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，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跨海大橋——港珠澳大橋（Hong Kong-Zhuhai-MacBridge），橫跨伶仃洋，全長達(dá) 55 千米；位于北京的中央電視臺總部大（CCTV Headquarters），以其復(fù)雜的造型及 75 米長的懸臂，被評為世界十大建奇跡（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現(xiàn)，標(biāo)示著土木建筑的蓬勃生長。然而，隨著越來越多大型建筑物拔地而起，除了對工程的設(shè)計和施工提出了高的要求，也同時為其在設(shè)計使用期內(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，科技的日新月異動著建筑材料、建筑形式的不斷更新，近幾十年來，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，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跨海大橋——港珠澳大橋（Hong Kong-Zhuhai-MacBridge），橫跨伶仃洋，全長達(dá) 55 千米；位于北京的中央電視臺總部大（CCTV Headquarters），以其復(fù)雜的造型及 75 米長的懸臂，被評為世界十大建奇跡（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現(xiàn)，標(biāo)示著土木建筑的蓬勃生長。然而，隨著越來越多大型建筑物拔地而起，除了對工程的設(shè)計和施工提出了高的要求，也同時為其在設(shè)計使用期內(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)，其將會受到各種因素的影響，首先一些早期建筑在設(shè)計建造之初就存在著結(jié)構(gòu)上的缺陷，其次在長期的使用期內(nèi)，結(jié)構(gòu)不可避免的會受到如環(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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本文編號：2753988