【摘 要】
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建筑结构在其服役期间,受到自然环境和人为因素的影响而不断累积损伤。损伤的存在会严重影响结构的工作性能和安全性,因此损伤识别对于建筑结构的安全运营具有重要的意义。Hilbert-Huang变换因其对非线性信号时频分析的优越性被广泛应用于结构损伤识别中,然而作为Hilbert-Huang变换的核心步骤,经验模态分解（EMD）却存在端点效应和模态混叠等问题。本文针对EMD存在的端点效应问题进行了分析研究
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建筑结构在其服役期间,受到自然环境和人为因素的影响而不断累积损伤。损伤的存在会严重影响结构的工作性能和安全性,因此损伤识别对于建筑结构的安全运营具有重要的意义。Hilbert-Huang变换因其对非线性信号时频分析的优越性被广泛应用于结构损伤识别中,然而作为Hilbert-Huang变换的核心步骤,经验模态分解（EMD）却存在端点效应和模态混叠等问题。本文针对EMD存在的端点效应问题进行了分析研究,提出了一种自适应波形匹配延拓的端点效应抑制方法。将基于自适应波形匹配延拓的集合经验模态分解方法（EEMD）应用于地震作用下结构响应的处理分析中,提出了基于特征固有模态函数（IMF）瞬时频率和一阶IMF能量相对偏差的损伤识别方法,并通过数值模型和实际结构验证了方法的有效性。本文的主要研究内容如下:（1）分析研究了经验模态分解中存在的问题。针对模态混叠问题,通过仿真信号分析了密集模态相互作用和间歇信号造成模态混叠的机理,并阐述了集合经验模态分解方法抑制模态混叠的基本原理;针对端点效应问题,研究了三次样条插值的边界条件和端部的极值点缺失对分解结果的影响,并总结了端点效应的评价指标。（2）提出了基于自适应波形匹配延拓的端点效应抑制方法。该方法首先采用改进的截波方式截取局部匹配波集,然后以基于幅值匹配度和斜率匹配度的波形匹配指标对局部匹配波集进行局部寻优,再通过端点效应评价指标对局部最优波形进行全局寻优,从而实现信号端部的最优波形匹配延拓。仿真信号的分解结果表明,自适应波形匹配延拓方法提高了波形匹配的准确性和延拓波形抑制端点效应的效果。（3）将基于自适应波形匹配延拓的EEMD方法应用于结构的地震响应分析中,提出了基于特征IMF瞬时频率和一阶IMF能量相对偏差的损伤识别方法。通过三自由度数值结构模型在地震作用下的多种损伤工况的损伤识别研究,验证了损伤识别方法的有效性。（4）采用本文所提的损伤识别方法对一实际建筑两次地震作用下的结构响应进行损伤识别分析,并将损伤识别结果与结构实际损伤状况进行对比。结果表明该损伤识别方法能够有效识别结构在地震作用下的损伤,损伤识别结果与实际损伤状况相符合。
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