分层检测钢筋混凝土桥面使用模态识别

文摘

本研究解决分层检测混凝土板通过分析全球结构的动态响应。数值和实验研究。在数值例子中,分层与不同大小和位置引入混凝土板;存在的影响、大小和位置的分层模态固有频率和振型的混凝土板在不同支持条件进行了研究。在实验研究中,建立了四个具体的甲板标本不同的分层大小,并进行了实验测试。传统peak-picking、频域分解和随机子空间识别方法应用于动态响应测量的模态识别。这三种方法相关的模态参数识别。变化的模态频率、阻尼比和模态形状动态测量研究和提取的相关实际分层,可以表明分层的存在和严重程度。有限元(FE)模型的钢筋混凝土平台建立了不同的分层大小和位置。有限元模型的模态参数计算相比从实验室获得标本,以及有限元模型验证。 The delamination detection approach was proved to be effective for concrete decks on beams.

1。介绍

分层发生在钢筋的腐蚀诱发裂缝和裂缝连接在一起,导致混凝土保护层混凝土基质分开。它导致结构强度的损失和促进快速恶化的甲板1]。分层影响外观和结构的可服务性,和维修可能会非常昂贵。据估计,每年的维修费用与腐蚀混凝土基础设施接近1000亿美元在全球范围内(2,3]。corrosion-induced问题,分层非常关心桥梁,例行检查是必要的。已研制出许多方法来检测混凝土分层。这些方法包括传统的拖链方法,impact-echo,超声波测试,地面穿透雷达成像雷达,红外温度记录1,4]。一直在努力扩大,改善,结合现有技术。虽然传统的方法已经成功应用在过去,它们需要部署设备领域的专业人士网站和交通管制,可以非常昂贵。结构健康监测系统的扩张,越来越多的实时监控系统正在被部署在实际桥梁和建筑。利用永久安装传感器可用于分层检测。振动传感器可以灵活部署和位于原位长期监测应用程序,包括分层检测。

各种分析、数值计算和实验研究已经解决了分层探测复合结构的识别振动测量的传感器。邹et al。5)提供了一个审查vibration-based依赖于模式的分层识别复合结构。巴尔德斯和Soutis6)的影响进行了实验研究分层叠层梁的模态频率的变化。Racliffe和Bagaria7振型曲率)使用定位分层复合梁。魏et al。8评估分层的多层复合钢板使用基于模型的神经网络。燕和山药9)采用能量分布的动态响应分解到小波分析检测的分层复合材料板和报道,该方法能够检测局部损伤。在这些研究中,大多数都是梁等简单的复合结构,很少,如果有的话,研究执行在盘子里。土木工程混凝土结构,研究分层检测的振动测量结构健康监测系统是罕见的。邢et al。10]研究了分层检测用传感器振动测量的土木工程混凝土板通过数值研究。在这个数值研究中,混凝土板的有限元模型使用ANSYS建模。考试的模态分析分层的影响参数对模型的模态特性。的有效性,使用模态固有频率和振型变化的损伤指标分层进行了研究。提出的方法在本文中提供的优势nonsubjective手段定量评估大桥。

目前的研究提供了一个扩展的数值研究[10更完整的参数研究。此外,实验研究的四个钢筋混凝土板与不同分层区域动态进行测试,以验证计算结果。混凝土内部分层被嵌入模拟有机玻璃板块在铸造。动态测试进行了大约四个月后放置的混凝土。以来的原始和重要的实验模型相对较大规模的混凝土板。模型被用来模拟混凝土桥面梁桥梁。最初的实验结果进行了讨论(11),和一个更全面的研究解决。在文献中没有遇到类似的实验测试。

本文的主要目的是调查的适用性分层探测混凝土板的模态识别使用动态响应由振动传感器。基本原则是分层降低因而刚度和模态频率。此外,增加阻尼和模式形状变得不规则;模式的振幅在分层面积形状改变。利用模态变化的特征可以避免处理复杂的分层机制,如随机事件和不规则的形状和分布的混凝土分层,这需要很多参数来评估。

在数值研究的有限元模型,进行了实验。由于不同类型的输入激励可能影响动态属性估计从他们的反应;实验测试包括使用随机动态测试,横扫sin,激励和影响。响应的动态特性估计提出了由于这些激发态只提供参考输出系统(环境振动)。模态频率、模态阻尼比和模式形状提取测量的速度响应。各种分层模型之间的模态特性的差异比较和分层表示的存在和严重性。混凝土板的有限元模型也用ANSYS软件建立了。混凝土、钢筋、木材支持,分层,边界条件包括在模型中。有限元模型的模态特征计算比较与动态测试进行验证。有限元结果可以作为参考的模态识别动态响应测量。

2。只输出系统的模态识别方法

古典peak-picking (PP)、频率域分解(FDD)和随机子空间识别(SSI)方法被用于这项研究。在PP方法中,功率谱的峰值时间历史测量被用来确定模态频率。FDD和SSI方法也采用了从测量数据中提取模态特性的动态测试。

轻阻尼结构,12)派生的响应谱和模态参数之间的关系,这对FDD方法提供了依据。在FDD算法的应用,功率谱密度(PSD)的输出测量据估计,然后分解吗通过奇异值分解)的PSD矩阵: 在酉矩阵拥有奇异向量和对角矩阵拥有奇异值。如果只有一个th模式是控制在指定的频率,只会有一个奇异值(1)。因此第一奇异向量是一个估计的th模式形状。阻尼可以获得相关函数的应用(13]。

SSI的方法是一种时域识别方法提出了(14]。它已经有效地申请各种类型的结构。它可以获得线性模型从矩阵的列和行空间计算从投入产出数据(15]。本文使用数据驱动的SSI,不需要计算输出协方差。一个名为reference-based SSI的增强的方法,提出了在16]。是一个正常的状态空间模型离散时间随机模型没有输入条件(17]: 在哪里是过程噪声向量,是观测噪声向量;他们是相互独立的。使用SSI计算和从输出只测量。识别步骤简要总结如下,详细信息,请参考[15,16]。(一)构建汉克尔矩阵从输出测量: 汉克尔矩阵是一个矩阵具有相同的元素在每个antidiagonal所示(3); 下标的表示时间,块的总数是行和必须大于系统订单状态矩阵的维数,列的数量,是一个向量,行,这是被测量的自由度。由过去的输出部分和未来的输出部分;每个部分都有块行和列。当使用SSI时,系统订单可以在指定,可以消除寄生模式调查稳定图。由于空间限制,这些图不是摘要;结果与一个适当的系统验证正确秩序价值。让表示时间的样本输出的数量;为了保证填充汉克尔矩阵,使用。(b)二、项目未来的行空间输出在过去的行空间输出: 在哪里分别表示转置和伪逆。(c)圣言会应用于正交投影: 在哪里和是正交矩阵,是一个对角矩阵包含奇异值降序排列,是一个被忽视掉的小块包含的值。(d)计算离散时间系统矩阵和使用(6)计算的扩展可观测性矩阵奇异值分解(5)和它的定义: (e)后处理提取模态参数。 的矩阵和包含的特征值和特征向量计算使用。连续时间系统的状态矩阵。的关系如下所示: 在哪里时间步长,模态频率,模态阻尼比,包含模式的形状。

实际测量数据进行处理时,导致复频率和复模态形状。轻阻尼系统复模态形状的大小可以作为实模式绘制形状。

3所示。数值研究

在本节中,钢筋混凝土板的有限元模型,然后创建几个不同大小的分层和位置被引入到模型中,分别。进行了模态分析模型和分层的影响钢筋混凝土有限元模型的模态特性进行了研究,为进一步的数值研究提供有用的参考以及实验室实验。支持条件的影响,该方法的适用性也检查了。

3.1。数值例子的描述

钢筋混凝土板的数值研究如图1。宽度4200毫米的吗方向,长度8000毫米的吗方向,厚度h200毫米的吗方向,原点定义底部角落节点;坐标系如图1(一)。混凝土的弹性模量MPa,泊松比最终的单轴抗压强度MPa,最终单轴抗拉强度MPa和密度公斤/米³。钢筋的大小是# 6,公称直径毫米,弹性模量是多少GPa,屈服应力MPa;泊松比是;密度是公斤/米³。两层钢筋的混凝土板放置在水平平面的毫米,沿着两毫米和钢筋和方向,表现出图1 (b)。所有相邻钢筋之间的空间是200毫米中心。混凝土板简支两种截然相反的边缘毫米,毫米和自由在另两种截然相反的边缘毫米,毫米。这将由SS-F-SS-F象征。

3.2。有限元建模

有限元软件ANSYS,被用来进行有限元建模。Solid65和link8元素被选中代表混凝土和钢筋,分别。Solid65元素有八个节点在每个节点有三个平移自由度。使用solid65元素的原因是其在建模能力具体可用于未来的研究。3 d晶石,Link8元素是一个单轴方法元素在每个节点有三个平移自由度(18]。本文分析都是局限于线性弹性响应,并相应地配置的元素。当混凝土的网格大小从50毫米至25毫米,相同的模态分析结果不收敛问题。

分层建模使用类似的方法(19]。首先,两个单独的甲板是位于分层平面上方和下方连接在一起。未损坏的区域中的节点被宣布为耦合节点利用耦合/约束方程和节点分层区域是分开的。分层的位置和区域调整为不同损伤程度。分层的飞机的垂直高度等于150毫米,这是故意来模拟一个分层的桥面通常发生在一个水平面顶部层钢筋。在下面几节中,分层区域总面积的比值是用来表示分层的严重性。

3.3。验证有限元模型的模态频率

自然频率的解析解计算来验证建模。为了方便使用的分析公式(20.),改变了混凝土的泊松比,尺寸改变毫米,毫米。其他参数取相同值的模型在上面的部分。为了使用分析解决方案,使用等效弹性模量和密度,计算了(8)和(9): 在哪里等效弹性模量,相当于密度,和分别是混凝土和钢筋的数量,在上面的部分有相同的含义。

以来最低的等于1/20,它可以分析薄板和基尔霍夫假设适用。接下来的分析方法(20.]。控制方程是 在哪里横向偏转,是双调和的微分算子在直角坐标系中,抗弯刚度。简支的边界条件和自由边(11)和(12相应的): 结合(10)- (12),特征方程可以通过牛顿法数值求解产生的频率参数可以写成 方程(13)可用于计算固有频率。比较结果列在表中1。百分比的差异是在前五的频率为3.4%,第一频率的差异只有0.24%。结果表明,大多数频率由解析解有点超出建模。这是合理的,因为薄板理论通常高估了固有频率(21)和Mindlin板厚板理论更准确。因此,基于研究结果,得出有限元模型准确地产生正确的模态频率。

3.4。模态分析的有限元模型

进行了模态分析与模态关联分层的特点。分析仅限于第一6模式。表2提供分层的大小和位置情况下的研究。表3显示的模型的模态频率的比较和不同的分层模型下SS-F-SS-F支持。报告的差异百分比表3计算相对于损伤模型。数据2- - - - - -3比较3 rd-mode形状的破损和分层模型。图中所示的模态振幅扩大了相同的因素。模态的顺序图中的subnumber -一个用于分析。

基于表中列出的频率变化3,很明显,模态阶越高,较大的模态频率的减少。4模态频率的变化比他们大得多的邻国模式,这表明特定的模式对分层更敏感比其他模式。表3表明,分层区域越大,更大的百分比减少相应的频率。它也发现,当≤1/8/≤1/6,4频率的变化可以指示频率不同的分层很好从8.42%降至26.59%,而前三个频率的变化不大于3%。1/6 </≤1/4,第三频率的变化可以指示分层与频率差异从6.63%降至19.57%。当1/3≤/≤1/2没有考虑到1/3对称的情况下,第一频率的变化可以指示分层与频率差异从6.39%降至29.64%。然而,当/< 1/8,前四个频率的变化在3%以内,不能表明分层,并详尽的结果的情况下这些小分层区域没有列出。

发现了类似的趋势出现在模式形状如图2- - - - - -3。而分层的模式形状更敏感,并能显示位置不规则曲线的分层位置。在分层的位置也有更大的振幅比相应的损伤模型的一部分。比较表分层位置2模式的形状图2,不规则的部分几乎完全对应的分层位置发生。

在表3的频率1/3-unsymmetrical-delaminated和1/3-symmetrical-delaminated模型列出。频率差异分层模型和损伤模型表明,分层越不对称,较大的模态频率降低。例如,第一频率的频率差异1/3-symmetrical-delaminated模型是3.10%,但是差异1/3-unsymmetrical-delaminated模型增加到6.39%。这也证明了模式形状图3,1日模式两个1/3-delaminated模型的形状。结果表明,模式unsymmetrical-delaminated模型的形状更不规则,有更大的振幅的分层位置比对称的分层模型。

3.5。该方法的适用性条件不同的支持

上面的数值例子的支持条件更改为两个不同的条件检查的有效性提出了不同边界条件下混凝土板的方法。

对于第一种情况,SS-F-SS-F C-F-C-F改变,它象征着clamped-free-clamped-free支持。具体的甲板是夹在两个相反的边缘和毫米和自由在另两种截然相反的边缘。未受损的模态分析和分层模型下C-F-C-F支持条件。这些模型的模态频率和百分比差异表中列出4。通过比较结果列在表中4和3,这是首次观察到三个或四个模式,C-F-C-F情况有较大的差异,和更高的模式,简支有较大的差异。这表明该方法的性能限制时更好的增加。

第二种情况下,混凝土的甲板在钢梁上支持这两个相反的边缘X= 0和X= 4200毫米和自由在另两种截然相反的边缘。模型的等距视图如图4。梁支撑在列。光束被夹在拐角处和毫米,免费在的角落里和毫米,免费和在的角落里和毫米,免费在的角落里和毫米。每个梁的长度为8000毫米的矩形剖面毫米。钢梁有相同的材料特性与钢筋。这种支持条件更接近实际的大桥钢梁上支持。弯曲模态频率与甲板的破损和分层模型在这种支持条件下,和百分比差异表中列出5。图5显示了典型模式的形状和分层模型。从这些观察结果可以表明分层模态的变化特征。

发现SS-F-SS-F的一般结论的情况下仍然适用于C-F-C-F和支持的情况下。而最敏感的模式和百分比差异有所不同。当使用分层检测的方法,它是必要的和有益的具体结构进行模态分析。

4所示。实验研究

实验研究的目的是调查的可行性分层检测混凝土结构的振动测量。从本节一般结论可用于验证先前的数值研究。在实验研究中,建立了四个钢筋混凝土板模拟分层系统,材料和结构健康实验室犹他州州立大学(粉碎)。模态特征提取的动态测试数据使用三种模态识别方法。模态的变化特征被用于分层检测。有限元模型,在本节中,是实验研制的混凝土板和模态分析的基础上,进行了结构属性。从研究中得出了一些有用的结论。

4.1。实验装置和动态测试

建立了四个钢筋混凝土板在SMASH实验室。每个混凝土板具有相同的尺寸1.83米2.74米0.14米和相同布局的# 6钢筋如图6。所有混凝土放置在相同的预拌混凝土搅拌以达到类似的混凝土试样之间的优势。唯一差异模型的不同的分层场景引入混凝土板。

在复合材料的分层检测的研究6,7),产生分层的影响,聚四氟乙烯膜插入到复合梁/板,以防止层结合在一起。在这项研究中,有机玻璃表(1.57毫米厚)被用来模拟分层的效果。有机玻璃是不受湿度影响,提供了一种高强度重量比,这有利于防止混凝土的粘结上方和下方。一层的有机玻璃放入每个剥落的混凝土板的水平面,从底部的139.7毫米板在混凝土浇注。水平的区域分层在每个标本进行调整。第一个样品没有分层,被称为未损坏的。其他三个标本的分层尺寸914毫米分层1219毫米(22.2%),1219毫米2134毫米(51.9%分层)和1524毫米分别为2438毫米(74.1%分层)。图7显示未损坏的和所有的计划和立面视图分层标本。四个月后灌混凝土,进行了动态测试。在测试期间,两个长边的混凝土板被放置在木材支持,而两个短边是不支持的。所有混凝土板进行了相同的边界条件。

基于混凝土28天压缩和拉伸试验,混凝土的弹性模量MPa,最终单轴抗压强度MPa,最终单轴抗拉强度MPa。具体的密度是公斤/米³。混凝土的泊松比。钢筋的大小# 6,其名义直径毫米,弹性模量是多少GPa,屈服应力MPa,泊松比和密度公斤/米³。需要指出的是,泊松比木头很难准确测量因为他们内部和不同物种之间,受含水率和比重22]。根据文献[22- - - - - -24)和有限元模型更新,木材的各向异性属性如下。木材的密度是430公斤/米³。弹性模沿纵向、径向和切向轴用的木材,,;他们是= 8 GPa,= 0.068,= 0.05。泊松比的值,和被用于这项研究。

相同的动态测试进行的四个标本为了方便比较。图8说明了激励源和传感器的布局。电磁振动器来产生作用。因为锤是方便和更经常用于实地测试,锤子也用于模拟实际情况。根据识别结果从脉冲励磁的瓶和锤,两个冲动不做区别。六个速度传感器(V1 ~V6)被用来测量垂直响应和一个速度传感器(V7)是用来测量水平的反应。加速度计是附着在瓶来衡量真正的激励输入和输入加速度的锤也测量。这些测量记录数据物理振动控制器/信号分析仪,抗锯齿的过滤器是集成。对于动态测试,生成的APS瓶席卷sin,标本在序列随机和脉冲荷载。然后插装的锤应用影响励磁的几次在两个位置。的目标是检测分层环境振动数据。因此唯一的反应被用于测量模态识别,和频率响应函数(降维)不计算。典型的被正弦、随机和冲击加速度输入和功率谱密度(PSD)如图9剥落的标本的74.1%。PSD情节在这个图显示所有荷载从0到400赫兹频段和类似的权力分布带,确保每个励磁方法一致的频带和权力。输入其他标本相似。反应速度和加速度输入记录为后续分析。信噪比(信噪比)响应测量的传感器V1 ~V7被估计为54 ~ 58 db锤冲击激励下,而人数降低了18 ~ 30 db或低振动激励下的标本。模态识别显示相同的结果从这些不同的反应,这意味着不同的信噪比值没有影响模态识别的结果,和所有响应测量提供模态信息。记录的时间为每一个输入的瓶和锤是32秒。采样频率为1024赫兹,理论上模态频率高达512赫兹可以被识别;在现实中较低的频率是至关重要的。

4.2。模态识别的动态测量

古典peak-picking、频域分解和随机子空间识别方法被用来获取速度响应的模态参数。典型的时间信号和PSD的PP方法如图所示10垂直反应由于横扫sin,随机的,分别和影响作用。典型的奇异值块由FDD的模型如图11。

反应的时间的历史数据10 (b)和10 (c)与相同的外部作用,因此他们可以与之相比。很明显,分层模型的响应的振幅更大比的模型。例如,在图10 (b)分层模型的响应是2倍的响应的模型。

应用SSI方法在这项研究中,系统订单,块的行数;然而,当以和有一个微不足道的变化结果。这个问题如何选择系统订单没有深入研究。模态频率提取利用PP, FDD, SSI表中列出的方法6SSI和阻尼比确定的方法列出在表7。图12包括比较模式的形状指定模式的所有的混凝土板通过FDD和SSI方法。为了方便比较,所谓的模式形状图12策划对速度传感器的数字吗V1 ~V6,而不是真正的位置V1 ~V6在三维空间中。

从传感器提取的模态频率V1 -V6的最大不同,呈现的结果只有2%;唯一的结果V4和V7所示的数据说明。表中列出的频率也从这些选择确定传感器。在表6,频率确定的三个方法达成一致很好对于大多数模式,1日弯曲频率之间的差异通过这些方法所有的标本都不到2%。从对比图12很明显,FDD模式形状提取,SSI方法产生一致的结果。而本文主要演示了由于随机响应分析和影响作用,从获得的模态特征反应由于三种不同励磁的匹配很好,例如,1日获得频率响应之间的差异由于随机和影响荷载在2.5%。换句话说,优秀的协议获得了模态固有频率和振型不管不同识别方法和不同激励输入,这验证提取的模态特征动态测试数据是正确的。

的有效性,使用模态固有频率和振型的变化作为损伤指标的分层数据中进行讨论8,9,10,11和表4- - - - - -5。图10表明,分层标本的基本频率下降而未损坏的标本。也可以观察到,振动能量的反应未损坏的标本是集中在前几个模式;然而,剥落的标本展览一个相对更高层次的高反应模式。从结果可以得出相同的结论剥落的标本的51.9%和74.1%。从表6,可以看出,相应的频率减少与分层大小的增加,其中第一弯从31.77赫兹频率减少到24.01赫兹。22.2%的剥落的标本应该有更高的频率比相应的分层标本的51.9%,略低于期望值时。这是因为22.2%剥落的标本是第一个模型有机玻璃放置,和建设过程是慢于其他分层模型,这稍微降低了整体力量。

从表7,观察一般上市阻尼比相应的模式表现出增加的趋势随着分层大小的增加从1.05% (1.25%),1.71% (1.43%)。阻尼比可以协助确定分层,但不建议单独依靠阻尼由于阻尼机制的复杂性和难以获得准确的阻尼值在实验研究。图12显示相应的模式形状的变化不同的分层模型基于由于随机激励的响应。模式形状表明当分层开发的区域,这个区域的相对振幅对周边区域变大。因为足够数量的传感器在这项研究中,详细的结果不是很准确的使用模式形状检测的分层。建议执行额外的工作和密集的一系列传感器为了获得更多关于模式形状决定性的结果。

对于真正的桥梁,不同类型的损伤或他们可能存在的组合。它是具有挑战性的区别造成的模态变化特征不同类型的损伤。如果分层面积小,它可能很难确定模态特征属性的变化特别是分层而不是混凝土剥落或部分截面刚度损失。进一步调查的损害可能需要分层的特点来解决这个问题。

4.3。有限元建模的实验模型

钢筋混凝土的有限元模型标本使用ANSYS软件创建。坐标系统的起源是在左边底部角落如图7。纵向钢筋的模型飞机毫米。横向钢筋被立即高于纵向钢筋。支持的两个长边木材,而这两个短边是不支持的。Solid65、link8 solid45元素被选中代表混凝土,钢筋,分别和木材。实验室的地板上使用solid65建模元素和无限的力量。动态特性对边界条件敏感,所以木材支持建模实际而不是理想的简单的支持。接触和目标元素被用来模拟混凝土之间的联系和木材,木材和混凝土实验室之间的地板上。本研究中使用的接触和目标元素conta173和targe170元素,分别。摩擦系数是一个重要的参数,是唯一的参数需要调整不同的分层模型。其值介于0.28和0.32之间。 Normal penalty stiffness factor FKN can be a small value less than 0.1, and the penetration tolerance factor FTOLN can be 0.1. The properties of the contact elements were updated to match the results of modal analysis from real measurements. The delaminations were modeled by reducing the elastic modulus of the delaminated parts to very small numbers. In the modeling process, the mass of the shaker was also included in some models and found to be negligible, particularly for the lower modes.

模态分析的所有四个钢筋混凝土板标本进行。计算出的模态固有频率和振型进行了比较与实验测试。表中列出的频率比较8和一个模式的形状的和分层模型图所示13。图13显示模式的形状的不规则部分定位发生分层。表8表明,最低的,甚至相对高阶模态频率通过ANSYS模型计算匹配的动态测试;ANSYS模型之间的差异和FDD方法从测试数据前三个频率最大限度为7%。图13表明,分层模型的频率减少和分层的模式形状有突然变化区域。模式的比较形状由Ansys建模与FDD和SSI方法测量由于随机激励的响应是图所示12。这是观察到的模式形状ANSYS模型从实际测量所得结果是一致的;这可能在一定程度上验证了ANSYS模型。

结果表明,有限元建模可以近似的和剥落的混凝土板为这些模态分析的实验研究。有限元分析计算的结果可以作为补充剂进行模态识别的动态测试数据来确定模态特征。有限元建模可以提供初步调查为进一步实验测试,也可以有效地用于参数研究。

4.4。现场测试该方法的实际分层

在实验模态测试、振动传感器安装在顶部表面。由于垂直检测分层模式而言,它不影响识别结果通过把传感器上方或放置在甲板上。因此,该方法将适用于实际混凝土分层甲板的传感器通常安装在甲板下。为下一阶段的研究中,将受益,调查方法的有效性在分层检测的结构。

5。结论

本文研究分层探测混凝土板的模态识别的输出只振动测量。可行性研究是通过数值实验研究。

参数研究分层的影响,通过有限元模态特征进行建模。分层不同大小和位置分别引入到混凝土板块,这只是支持两种截然相反的边缘和自由的人。(一)混凝土板的模态特征依赖于分层的大小。分层模式形状的变化敏感,可以显示和定位分层的发展。根据结果,分层对模态频率的影响可以概括如下。模态阶越高,较大的频率差异分层模型和损伤模型。频率差异与分层区域的增加也会增加。当1/8≤/≤1/6,4日的变化模式形状可以表明分层的存在。当1/6 </≤1/4,减少第三频率范围可以表明分层的存在,和相应的模式形状可以用来定位分层。当/≥1/3的第一频率大于6%,当/= 1/2的第一频率大于29.64%,所以第一频率和振型的变化可能表明分层。 从1/3分层模型的结果在一个位置不对称和对称的位置,观察到分层的位置可以对模态参数有显著的影响。越不对称分层区域的总面积,固有频率和振型的变化越大。例如,对于本文的案例,1日的变化频率分别为6.39%和3.10%的不对称和对称的分层模型,分别。 一些特定的模式更敏感比相邻分层模式,显示良好的分层指标。例如,第四的模态频率的变化/= 1/6,1/5,1/4、1/3不对称1分层模型比其邻近的模式。(b)分层模型,结果表明:分层区域的振幅模式相比明显不规则形状的模型。此功能可用于检测和定位分层。的限制是它需要一个密集的传感器获取模式的形状和布局量化不规则形状。随着新的传感器技术和算法的发展,这个问题可能圆满解决。(c)支持条件的影响该方法的适用性进行了研究。得出结论,该方法适用于各种支持条件,包括混凝土平台支持梁。

实验研究进行了钢筋混凝土板在不同的分层尺寸。动态响应的模态特征提取和分析。使用ANSYS有限元模型,混凝土板开发。得出如下结论。(一)响应的测量表明,如果有相同的外部激励,分层模型的振幅明显大于未损坏的模型。(b)固有频率和振型的变化可以指示分层的发生和程度。分层的频率减少与增加大小。第一模态频率下降43% 74.1%剥落的标本相比未损坏的标本。更高的模态频率的变化更大。实验结果表明,阻尼比增加分层大小的增加。在分层识别阻尼可以帮助,但它本身并不是合适的分层指标。它证明了该模式的分层区域形状有突然变化标本。 当其他损伤存在,例如,混凝土剥落和岩石的口袋里,还需要更多的努力来确定模态特性的变化可以归结专门分层。进一步调查的损害可能需要分层的特点。(c)它有利于使用多个识别方法,以确保正确的识别结果。频率确定的PP, FDD, SSI方法吻合较好;第一频率的最大区别,这些方法还不到4.8%。提取的模式形状FDD, SSI显示是相同的。(d)在有限元建模、有限元模型的固有频率和振型计算同意与确定从测试数据,其中前三个模态频率之间的差异通过ANSYS模型和FDD方法从测试数据是7%以内。因此有限元模型可以近似模型剥落的混凝土板进行模态分析。

这项工作提供了有用的信息,实际分层检测vibration-based大桥的健康监测系统。实验以及数值模型被用来模拟实际混凝土甲板横梁的一部分。因此,结果是适用于混凝土梁板,虽然分层检测方法在本研究中也是一个替代方法为其他结构形式。

对未来工作,试验模态测试和更稳定的实际边界条件是必要的。稳定图是建议用于获取更精确的模态特征。进一步的工作是必要的对于发展中分层指标更为敏感,更能准确的有限元模型。此外,实地测试实际分层检测使用的实际振动传感器在桥面高度推荐。预计该新方法可以应用于一个实际桥面在五年。

承认

研究工作是财务支持的犹他州交通中心(UTC)和犹他州交通部(UDOT)。

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