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对于沿海地区的钢筋混凝土结构,健康监测系统可实时监测和预报结构的性能,及时发现和估计结构由于钢筋锈蚀而产生损伤的位置和程度,对可能出现的灾害进行预测。合理的传感器数量及优化布点位置可以使监测系统更有效、更准确的获得结构损伤特征数据信息。研究如何在钢筋混凝土结构上合理的布置有限的传感器问题和随着钢筋锈蚀程度的加深,锈蚀钢筋混凝土结构动力信息变化特性对节约健康监测系统运行成本及为后期结构损伤识别提供可靠的数据依据具有重要的意义。
本文主要研究了钢筋混凝土结构的传感器优化布置方法,并在此基础上试验模拟由于钢筋锈蚀引起的钢筋混凝土梁的动力变化特性及对锈蚀后的梁结构进行损伤位置和损伤程度识别。首先,分析比较了目前较为常见的传感器布置方法和准则,总结各种布置方法和准则的优缺点,在此基础上,针对传统传感器布置方法和准则的不足提出基于改进有效独立准则和遗传算法的传感器布置方法并通过一个十九层框架结构数值案例验证其有效性。其次,以钢筋混凝土梁为试验对象,在对其传感器优化布点基础上,研究随着钢筋锈蚀程度的加深,钢筋有效截面不断减小和结构刚度不断下降,锈蚀钢筋混凝土梁动力特性信息变化特点。最后,处理由振动模态试验获得的钢筋混凝土梁的敏感参数,通过曲率模态法推断混凝土梁顺筋开裂的位置和识别结构锈蚀损伤程度,并与实际损伤情况进行对比。
从钢筋混凝土梁锈蚀试验结果分析中可以得出,本文提出的基于改进有效独立准则的遗传算法较基于改进有效独立准则的序列法的传感器布置方案能更有效的减小所获得的MAC非对角元最大值和均方差值;混凝土开裂后,随着钢筋实际锈蚀率不断增加,钢筋混凝土结构的固有频率随之减少;根据曲率模态识别方法对钢筋混凝土梁损伤裂缝进行定性和定量识别,并与实际混凝土裂缝仪所测得的实验数据进行对比,所得结果与实测数据基本保持一致。说明了针对沿海地区钢筋混凝土结构,结合传感器优化布置和锈蚀钢筋混凝土结构的动力特性研究,能有效的识别出混凝土结构因钢筋锈蚀而产生的裂缝位置和裂缝长度,为后期结构是否需要采取可靠的加固措施提供直接的依据。