NCREE-2017-014
時間 2016-11-30
標題 結合線上子空間識別法與結構勁度即時量化評估之應用
作者 陳俊達、羅俊雄黃謝恭
摘要
本研究的主要目的為利用遞迴式子空間識別法進行結構於地震外力作用當下的線上系統識別。全文總共可分成三大部分:第一,利用多重輸入與輸出之遞迴式子空間識別法分析訊號,識別結構物的模態參數變化。第二,將模態參數運用於本文提出的二階段結構損傷識別理論;第一階段建立代表結構物的簡化模型,第二階段計算出模型內各元素於地震歷時中的勁度折減量。第三,將遞迴式子空間識別法與二階段結構損傷識別理論分別應用於振動台實驗的量測資料與實際結構物的地震監測訊號進行驗證。
在遞迴式子空間識別法部分,本研究針對識別所需的使用者自訂參數提出設定建議,並經實際分析驗證此自訂參數。本文亦比較四種不同遞迴式子空間識別法的識別表現與計算時間;其中可分為(1)固定長度移動資料視窗法,與(2)不斷新增資料點並引進遺忘因子的擴大資料視窗法,由識別結果發現,擴大資料視窗法在追蹤模態參數變化方面有較好的成效。另外,以斜投影為基礎的二種方法有較穩定的識別結果。但在數值分析的計算時間方面,以正交投影為基礎的二種方法有較少的運算時間;其中又以本文首次提出的一種遞迴式子空間識別法(RSI-EIVPAST-Orthogonal)能夠在過程中節省最多的計算量,並在即時系統識別過程中花費最少的分析時間。
在二階段結構損傷識別理論部分,結構物在有限的感測器分佈限制之下,能由健康狀態下識別的模態參數於第一階段建立簡化的有限元素模型,再於第二階段中由地震歷時中即時識別的模態參數以有效模型修正法不斷更新結構模型,或以元素損壞指標法不斷計算歷時中各時間點的元素損壞指標,兩種策略經實際分析驗證均可有效量化各元素的勁度折減量。
本研究透過建議之使用者自訂參數執行遞迴式子空間識別法,將線上識別之模態參數運用於二階段結構損傷識別理論,可於地震外力作用的過程中即時識別結構勁度損傷的位置與時間,並量化損傷情況。
關鍵字 Recursive Subspace Identification, Online System Identification, Real-time System Identification, Structural Damage Detection, Model Updating, Damage Index, Reduction of Stiffness
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