基于时间序列分析的结构损伤识别研究

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在经历了地震、暴雪、飓风、泥石流等巨大外部激励作用后,既有建筑结构是否产生损伤,是否依旧能够满足安全使用要求?目前,结构的损伤识别技术是工程界的一道难题。即使结构未受到剧烈的外部冲击,建筑材料也有可能因为结构在使用过程中不断受到温度变化、强风作用等因素的影响而出现过早老化和局部损伤。尽管局部损伤不会立即导致整体结构的破坏,但它对结构的安全性构成了潜在威胁。随着时间的推移,由于应力集中和疲劳等因素的影响,使得结构体局部的损伤不断扩展和增大,整个结构的承载能力逐步下降,最终导致结构体的整体损坏。随着我国既有建筑的与日俱增,和近几年自然灾害的频发,研究出一套高效可靠的结构损伤识别方法来保障人民的生命财产安全,是土木工程学者们刻不容缓的任务。基于时间序列分析的结构损伤识别方法是在不知晓结构的振动模态、自振频率等结构特性的条件下,实现对结构体实时的损伤状态分析。此方法的理论核心是发掘ARMA模型自回归系数与层间剪切结构加速度响应时间序列的映射关系,将自回归系数视为结构振动的一种固有特性,并将其应用于结构性质和振动规律的研究。本文的主要工作有以下几点:1)自主编写MATLAB程序通过计算机数值模拟获得了在白噪声外部激励下六层层间剪切结构的加速度响应时间序列,建立了时间序列自回归滑动平均ARMA模型,从而得到结构体不同损伤工况下的自回归系数。2)采用自主研究的自回归系数敏感因子法和加速度向量法对ARMA模型自回归系数进行分析研究,实现对层间剪切结构的损伤定位功能,对两种定位识别方法进行可行性论证。3)采用经过训练的识别矩阵Z对层间剪切结构的刚度损伤程度进行定量识别,对识别矩阵法的定量结果进行误差分析,完成基于时间序列分析的结构损伤识别整套方法的模拟应用。
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