一种结构台阵传感器优化布设的单位刚度能量-驱动点留数法

摘要

建筑结构台阵是目前了解和掌握工程结构在强地震作用下反应的最直接手段之一，其主要任务是详细记录土木工程结构破坏的过程，为抗震设计、震害评估和地震安全报警等多项相关研究提供结构反应信息。然而，受经济成本、现场测试技术和数据处理水平等多方面因素的制约，在整个结构的所有楼层上布设传感器监测设备是不现实的，因此如何用最少的传感器来获得尽可能完备的结构信息是结构台阵传感器优化布设的目的。针对有效独立法易丢失能量较大测点和模态动能法测点过于集中在能量较大位置从而导致结构重要模态信息丢失的不足，综合考虑有效独立法和模态动能法的优缺点，提出一种传感器优化布设的单位刚度能量–驱动点留数法。该方法以单位刚度模态能量作为信息矩阵，运用有效独立法的原理进行测点筛选，以保证高能量测点最大程度保持线性独立。最后，以一个钢框架作为算例，分别采用本文方法、有效独立法、模态动能法和单位刚度法在算例模型上布设传感器，利用模态保证准则和Fisher信息矩阵准则对4种方法的布设结果进行评判。结果表明：相比较其他3种方法，当测量振型向量线性独立时，文中方法传感器数目最少；且在相同的传感器数目情况下，文中方法可以获得最多的模态信息。

关键词

结构台阵 / 单位刚度能量 / 驱动点留数法 / 传感器 / 优化布设

基金资助

国家自然科学基金项目(U2139209)