1、PDF外文：http:/ 8730 字 出处： Fayyadh M M, Razak H A. Condition assessment of elastic bearing supports using vibration dataJ. Construction and Building Materials, 2012, 30: 616-628. 基于 振动试验数据 下 弹性支座 的 状况评估 Moatasem M. Fayyadh *, H. Abdul Razak 土木工程 学院 马来亚大学 吉隆坡 50603 号
2、马来西亚 摘要： 弹性轴承支座 的状况 对其所属的桥梁、机械底座和 隔震 建筑结构 的 结构性能有很大影响，此类结构破坏的原因是支座磨损严重或者在其有效期内支座发生破坏。 文中的动 力 参数，即固有频率和振型，用于检测一简支桥梁的弹性轴承支座刚度退化 状况。 因此 ， 我们在钢筋混凝土 梁上进行了 强迫振动试验 ，此钢筋混凝土梁 两端以 橡胶支座 支撑 以 模拟桥面的实际情况。 使用了不同 刚度 的 橡胶模 以 拟不同退 化程度 的支座 ， 研究 分 三种不同程度的 退 化即没有 退 化、局部 退 化、 完全退 化 。获得的两种情况的振动数据， 即 未 损坏梁和 受到
3、超过其弯曲极限 载荷作用后 损 伤 梁的振动数据。研究发 现动力参数和弹性 支撑 刚度之间存在着直接的关系。基于本研究结果， 模态 3 的固有频率是 评估 弹性 支撑 条件下出现退 化状况的一个很好的指标， 而 模态 1 是 对 支撑 条件 最为敏感 的 。 模态置信度（ MAC） 指数是 确定结构体系不同退 化 起因的 有效指标。为了确认并 核 实 研究成果， 后续试验对弹性支座刚度划分更细退化程度，用以支撑 桥梁 进行试验 。 实验结果 支持了有关 MAC 值 和弯曲频率的 推理结论 。 关键词： 支撑条件 弹性橡胶支座 固有频率 &nbs
4、p;模态振型 钢筋混凝土梁 1.简介 在过去的几年里，已有很多人对工程结构健康监测感兴趣。许多工程结构遭受破坏 和 退化 因受到各种载荷作用和使用年限内环境的变化。这严重影响结构性能，甚至会导致结构失效 的 严重 后果 。因此，检查和 测试 结构构件 的退 化和损伤是至关重要 的 工作 ， 特别 对 处于危 险 状态 结构 的维护与修理 策略 。目前传统 结构可实施 的 其他 测试方法是动态测试， 通过 获取模态参数 并 以此联系 结构的健康状况。动态方法的基本思想是 借助于 模态参数，即固有频率 、 振型 、 和模态阻尼，这些都 是结构的物理 属性的量
5、，如质量，阻尼，刚度和支撑条件。因此，在任何物理性质或支持条件的 变化 会引起相应的 模态参数变化。弹性 支座 垫广泛用于桥梁， 高层建筑的 基础隔震 部分减 少地震作用。支座承受各种荷载作用和致使刚度随时间推移而逐渐减弱的环境考验。实时监测弹性橡胶支座的刚度 变化 是很有必要的，以确保及时维修或更换防止结构的任何严重损坏发生。 目前已经开展了以模态参数作为损伤识别指标的一些研究。 其中有些研究持有的理念是基于动态和物理性能之间的关系，用 模态参数确定损伤的程度和位置 ， 并得出模态参数 是损伤识别 的良好指标 的结论 1-7 。阿卜杜勒拉扎克和乔伊 8
6、 研究了钢 材 的腐蚀作用对钢筋混凝土梁固有频率 的影响 。作者认为，腐蚀程度 较低的钢筋混凝土梁 ， 第一阶固有频率降低 1%，同时腐蚀 程度较深的钢筋混凝土梁固有频率 下降 4%，推断 出 钢 筋 混凝土接触 界面 的 粘结 对钢筋混凝土梁固有频率的影响起决定性作用 。伊斯梅尔 9 研究了钢筋混凝土梁裂缝损伤 对其固有频率的影响 。弯曲裂缝损伤是 由于在梁的跨中施加三次循环 荷载而引起的 。基于施加载荷 前的基准频率与施加荷载后的频率 进行比较。结果发现， 所有施加循环荷载的梁频率都降低。 无损检测评估用于识别裂纹过程，一维梁式结构裂纹的位置和尺寸中用固有频率数据评估已由李、钟
7、提出 10 。 通过与 里佐斯等人得到的结果 相 比较以 论 证本文 上述建议方法实用性与正确性 。 11 对悬臂梁的裂缝检测。王 和乔 12 提出了一种基于 不规则分布的 结构模态振型损伤检测 的新 技术。 以上结果表明，所提出的技术对测量的分辨率要求较低，对组合梁损伤的成功检测证明所提出的方法能够评估裂纹的位置和大小。 Deraemaeker 等人。 13 损伤检测相关问题的 研究 所 使用输出 的振动测量系统 所处环境是不断变化的。 弹性 支撑 条件改变所产生的影响还需要作进一步的研究。过去许多研究都采用弹性支座隔震系统来减少对结构的地震作用， 并编写了许多关于此类设计的书籍
8、 14,15。 介绍了 各 类 弹性轴承 支座的 隔 震系统。 已有大量 研究 致力于 不同类型的弹性轴承 支座 的 减震 有效性， 主要是 关于不同荷载作用和桥梁地震响应环境条件下的 材料特性和 力学 反应 16-21。 已有一些研究致力于支座条件对结构动力特性的影响。例如 Dai et al.22研究了橡胶垫层的刚度对某一隔震桥梁动力特性的影响。研究中 桥梁模型分为不安装隔震垫层 和 安装具有不同剪切模量橡胶垫层的模型。研究发现橡胶刚度与固有频率之间存在直接相关关系，即随着刚度增加其频率也增大。 Carne et al. 23 使用两种不同的实验模型研究了支承刚度和
9、阻尼对已知频率 和阻尼比构件的影响 。第一个模型 为低阻尼梁， 展现 实测模态频率 和阻尼 的变化 。第二个模型是风力涡轮机叶片，其模态数据要求符合叶片模型的分析结果。 在测得的模态参数发生了明显且很大的变化，表明 支持系统需要考虑验证叶片的分析模型。 Viola 和Guidi 研究了支座的支承刚度对模态阻尼的影响 24。 Wolf 25 进一步研究了支撑条件对已测得模态参数的影响。 Carne 及 Dohrman26确定了支撑刚度与之前研究中测得的模态参数间的直接关系。 此研究的主要目标是使用动态参数、固有频率及模态振型以展现弹性橡胶支座刚度 的损坏情况。考虑了两种情况，即 两支
10、座相似 退化 程度与两支座不同的 退化 程度情况，以上两种情况尚未被明文发表过。以每一个基本弯曲频率和模态振型的敏感度来确定合适的评价指标以评估弹性橡胶支座的 退化 程度。这种方法可以 应用于类似桥梁橡胶垫层的性能评估。 此外， 有关弯曲频率 根据本研究的结果可提出一种设想， 区分和识别 结构构件 或大梁 的开裂 刚度 衰减，可能是 弹性轴承损坏 造成的 。 2.退化 指标 此研究中用到两个指标来测定弹性轴承支座的 退化 水平。一个指标是基于固有频率变化；另一个指标是是基于振型变化。 固有频率和模态振型决定了模态参数， 模态参数与结构构件的支承刚度和物理特性有关。模态振
11、型的变化反映了某种 支撑 下结构单元的刚度变化，而固有频率的改变反映了支座刚度总体变化情况。 2.1 模态振型变化 模态置信度（ MAC）用于计算因支撑 刚度退化 情况 引起的模态振型 值。 MAC是一个用来确定实验模态振型和有限元模型的预测振型之间的形态错误的方法 27 。 这是试验模型与曲线拟合 模态 振型 第 i 个单元之间 的相关关系 。 其中,i c i d和分别表示第 i 个单元 在 C、 D 刚度下的振型值。 2.2 频率改变 横向自由振动简支梁的固有频率 f 的计算公式由 Demeter28提供，已被Abdul Razak 和 Choi 使用。 其中 n 是模态数， m 为每单位长度的质量， L 为跨度， 频率 f 与 其抗弯刚度EI 的平方根成正比， 公式（ 3）也可以写成 ： 正比关系为：
