张弦拱桁架结构基于模态参数的损伤识别试验

试验模型设计

通过对某火车站顶棚结构进行缩尺简化，设计制作了两榀张弦桁架试验模型。两榀试验模型结构尺寸相同，模型总长6m，矢高0.4m，垂度0.4m，上部采用倒三角立体桁架，每两个节点之间由四角锥基本单元构成，结构中部均匀布置5根对称的圆钢管撑杆，下部布置直径8mm的钢丝绳拉索，并施加2kN预应力；试验模型一端为固定铰支座，另一端为滑动铰支座，并在结构两侧设置刚架作为受压桁架侧向支撑（图1）。两榀试验模型构件截面尺寸不同，模型1相对于模型2，杆件截面尺寸较小；荷载施加情况不同，模型1未施加外荷载，模型2在模型上弦杆布置质量块模拟结构正常使用状态的荷载(图2)。试验采用不同截面尺寸杆件替换正常杆件的方法来模拟结构损伤，即通过降低截面刚度的方法来模拟杆件损伤，根据杆件截面积丧失程度定义损伤程度。

图1 试验模型尺寸 mm

图2 试验模型

试验方案设计

试验设计了弦杆单损伤、多损伤、索撑损伤等不同程度以及不同位置的损伤工况，通过动力检测获取试验各工况前三阶模态参数：采用单点拾振、多点激励的方式进行试验，即将加速度传感器安装在桁架上弦杆件的4号节点处，然后用力锤依次对1～14号节点进行锤击，每个节点锤击激励1min，通过动态信号采集仪采集加速度信号（图3）；根据不同工况替换相应损伤杆件，依次采集加速度信号；接着利用TSTMP模态分析软件处理加速度