基于曲率模态差的混凝土板损伤识别研究

张妍 鲁俊江 王玉晴 袁野 郎冠宇

摘要：本文围绕混凝土板的损伤识别进行阐述。采用ABAQUS有限元软件建立混凝土板有限元模型。經过后处理得到各工况下的固有频率及模态振型，再对这些得到的数据进行分析，实现对混凝土板损伤的识别的目的。

关键词：混凝土板;曲率模态差;有限元;损伤识别

引言

Pandey 等首先提出用损伤前后振型曲率变化的绝对值来判断损伤位置，即曲率变化最大处为损伤位置[1]。之后有学者进一步证明了曲率模态对板式结构的损伤定位有一定的效果。

1 混凝土板的数值算例

1.1 健康混凝土板模型建立

本章采用ABAQUS有限元软件的shell单元建立了尺寸为6m*3m*0.1m的混凝土板模型，并将混凝土板以0.05m的间距进行划分进行了数值仿真验算。其中混凝土板的弹性模量为30GPa，密度为2400Kg/m3，泊松比为0.2。

1.2 损伤工况设置

基于健康的混凝土板，本节将设置如下损伤工况，见表1.1及图1.1所示（图中黑色区域表示损伤），因为损伤不会改变混凝土板的质量分布，所以建模过程中的损伤以弹性模量E的降低来模拟。所以将损伤因子a定义为

2 基于曲率模态差的损伤识别

以下将以有限元模拟所获得的损伤工况对应的位移数据为原始数据，通过Matlab软件对数据进行处理，获取相应的曲率模态值和曲率模态差值并绘制相应的图像，以此来验证曲率模态差能否对混凝土板进行损伤识别，以下为损伤工况下的第一阶曲率模态图以及相对应的曲率模态差图。

3 结论

从模拟的结果分析来看，对于不同损伤程度的混凝土板，结构的曲率差峰值明显，随着损伤程度的增加，曲率模态差的值也大大增加。这表明通过结构的曲率模态差能够在一定程度上确定损伤的位置。

参考文献：

[1]Pandey A K，Biswas M，Samman M M . Damage detection from changes in curvature mode shapes[J]. Journal of Sound Vibration，1991，145（2）：321-332.

[2]万璞佳，白国良. 基于曲率模态差指标的框架结构损伤识别[J]. 水利与建筑工程学报，2012，10（3）：8-10.

[3]高屹，韦灼彬. 基于ANSYS的新型钢──混凝土组合板模态分析[C]// 中国钢结构协会钢-混凝土组合结构分会第十一次学术会议暨钢-混凝土组合结构的新进展交流会. 0.