基于动力参数的钢筋混凝土结构损伤识别研究

• 作 者: 苏明于
• 机 构: 北京工业大学
• 出 处: 北京工业大学
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 锈蚀损伤 裂缝损伤 动力特性 损伤识别 钢筋混凝土结构

锈蚀损伤和裂缝损伤是钢筋混凝土结构较为普遍的耐久性损伤,也是导致钢筋混凝土结构失效的主要原因。严重的锈蚀会使得混凝土保护层开裂、锈蚀钢筋与混凝土间粘结性能退化;裂缝会加快钢筋混凝土结构锈蚀和老化。从目前取得的研究成果来看,针对锈蚀开裂的钢筋混凝土结构研究主要集中在混凝土中钢筋锈蚀机理及影响因素研究、锈蚀后钢筋混凝土粘结锚固性能的研究、锈蚀后钢筋混凝土构件承载能力的研究等方面,而对钢筋混凝土结构锈蚀开裂后动力特性的研究相对较少。本文以带有锈蚀、裂缝的钢筋混凝土梁为研究对象,分别推导了局部锈蚀梁和横向裂缝梁的频率方程,分析了锈蚀损伤和裂缝损伤对其动力特性的影响,分别数值模拟了局部锈蚀梁的曲率模态损伤识别和横向裂缝梁的振型四阶导数损伤识别。　　
本文主要工作内容有:在振动理论的基础上,介绍了两种不需原始模态信息就能实现损伤识别的动力参数指标,即曲率模态损伤指标和振型四阶导数损伤指标。通过数值算例对两种损伤指标进行了验证和对比。两种损伤指标对结构低阶模态的损伤都很敏感,能够实现对损伤位置和损伤程度的判断。　　
对混凝土梁锈蚀损伤和裂缝损伤的模型进行简化,理论推导了带有锈蚀和裂缝梁的频率方程,分析了锈蚀损伤和裂缝损伤对梁振动特性的影响情况。由于损伤的存在使混凝土梁局部刚度降低,导致混凝土梁的固有频率下降。频率变化的大小不仅与损伤程度有关,而且与损伤发生的位置有关。　　
通过有限元软件ANSYS建立带有锈蚀损伤和裂缝损伤的钢筋混凝土梁有限元模型,数值模拟了不同位置和不同程度的锈蚀损伤和裂缝损伤。分别应用曲率模态指标和振型四阶导数指标对混凝土简支梁的锈蚀和裂缝损伤进行识别。结果表明,这两种指标都能够很好的识别混凝土结构锈蚀和裂缝损伤。