项目名称: 基于时频分析和非线性系统识别的建筑结构地震损伤识别研究

项目编号: No.51508530

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 建筑科学

项目作者: 陶冬旺

作者单位: 中国地震局工程力学研究所

项目金额: 20万元

中文摘要: 建筑结构震后评估是震后应急救援和恢复重建的关键一环,结构健康监测系统为实现快速可靠的建筑结构震后评估提供了崭新的途径,发展基于结构健康监测系统的地震损伤识别方法是当前的关键难题。针对结构地震损伤的非平稳性和非线性,本项目开展基于时频分析和非线性系统识别的建筑结构地震损伤识别方法研究。首先,研究基于结构动力响应时频特征非相似性的地震损伤定位方法,为进一步的结构损伤程度识别提供子结构划分依据;其次,研究基于扩展卡尔曼滤波和无迹卡尔曼滤波的非线性系统识别方法,分别识别线性和非线性子结构,结合双参数损伤指标,识别结构的地震损伤程度;最后,通过数值仿真、结构模型振动台实验以及现场原型结构地震反应观测,验证本项目方法的有效性。本项目将发展结构健康监测在地震工程中的应用,为震后应急救援和恢复重建提供坚实可靠的依据,具有重要的科学意义和实用价值。

中文关键词: 结构健康监测;地震损伤识别;建筑结构;时频分析;非线性系统识别

英文摘要: Post-earthquake building damage assessment is an important step in post-earthquake emergency relief and reconstruction. Structural health monitoring (SHM) system provides a new way for fast and reliable assessment of post-earthquake building damage. Therefore the development of seismic damage detection method based on SHM system is a key challenge at present. Due to the nonstationarity and nonlinearity of structural seismic damage, this project investigates the seismic damage detection method of building based on time-frequency analysis and nonlinear system identification. Firstly, seismic damage location method based on the non-similarity between the time-frequency features of the dynamic responses is developed, providing the basis for further division of substructures to identify the degree of seismic damage. Secondly, the nonlinear system identification method based on the extended Kalman filter (EKF) and unscented Kalman filter (UKF) is proposed, with EKF identifying the linear substructure and UKF identifying the nonlinear substructure. The degree of seismic damage is estimated using the identified models of substructures and dual-parameter damage indicator. Finally, numerical simulation, shaking table test of structural model and seismic observation of in-situ prototype structure are conducted to validate the efficacy of the methods proposed. This project will develop SHM applications in earthquake engineering, provide solid and reliable basis for post-earthquake emergency relief and reconstruction, and have vital scientific significance and practical value.

英文关键词: Structural health monitoring;seismic damage detection;building structure;time frequency analysis;nonlinear system identification

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