鋼筋混凝土梁損傷診斷的振動模態分析方法

本論文建立了鋼筋混凝土梁的分離式有限元模型，模型針對鋼筋和混凝土兩種性質不同的材料，模擬了它們之間的粘結關系；給出上述各種梁的剛度矩陣和質量矩陣；可以計算它們的振動特性參數。 　　本文利用鋼筋混凝土梁的分離式有限元模型，對完整梁和各種損傷形式的局部破損梁振動特性參數，進行了數值仿真計算，研究了振動特性參數與局部損傷是否發生、發生位置及發生程度的關系，按不同損傷形式，擬合出了振動特性參數和局部損傷程度的曲線關系；推導了其固有頻率的解析計算公式；對于兩端自由局部破損鋼筋混凝土梁，基于變分法推導了其低階固有頻率的近似解析計算公式；推導了兩端自由健康梁應變頻率響應函數的理論公式，并繪制了其幾何圖形；設計、制造了健康鋼筋混凝土梁和鋼筋混凝土局部松脫梁各若干根，進行振動模態測試；對混凝土局部脫落梁、裂紋梁和鋼筋混凝土局部松脫梁，進行振動模態測試，得到其振動特性參數；在有限元數值仿真、理論解析計算和實際測試的基礎上，發現：局部損傷發生后，鋼筋混凝土梁的固有頻率有明顯下降，因此固有頻率可以作為局部損傷定性識別的依據；曲率模態振型和應變模態振型是鋼筋混凝土梁局部損傷位置的敏感參數，利用它們的絕對殘差可以實現局部損傷位置的準確定位；對局部損傷位置敏感的振動特性參數，其絕對殘差向量的范數與損傷的程度具有良好的單調性關系，可以作為損傷程度定量辨識的指標。