钢管混凝土柱由外部钢管和核心混凝土组成。钢管的“套箍作用”使混凝土处于三向受压状态,塑性变形能力增强,强度大幅度提升;同时,混凝土对钢管的支撑也弥补了钢管容易失稳和局部屈曲的劣势。两种材料的长处得到充分的发挥,因此在工程中得到了广泛的应用。然而,有研究发现钢管混凝土柱普遍存在脱粘,这对其受力性能造成很大影响。目前钢管混凝土柱脱粘的检测主要是基于传统的声学、光学、热学和以线弹性为假设的力学方法,这些方法或者需要预埋传感器,操作比较复杂,或者适用限制条件较多。结构的动力行为由于材料、阻尼和几何等各类非线性因素而表现出或强或弱的非线性,用线弹性假设来描述结构损伤前后的特点就有可能把包含于结构非线性形态之中的损伤信息丢失,运用非线性振动理论对结构进行脱粘识别更具准确性。本文设计制作了5个不同脱粘状态的钢管混凝土悬臂柱试件,在锤击激励下记录试件表面6个测点的自由振动加速度信号。通过解析模式分解,分离出信号的一阶频率分量,再利用Hilbert变换,获得频率-振幅曲线。以相同振幅区段内的频率差值和频率-振幅曲线经拟合得到的非线性系数为指标考察信号的非线性振动特性随脱粘程度和测点位置的变化规律,探究利用钢管混凝土柱的非线性振动特性对其进行脱粘识别的方法。本文的主要研究内容和结论如下:(1)总结了钢管混凝土粘结力的组成和研究方法,深入分析了钢管混凝土脱粘的原因,并对脱粘给结构受压、受弯和动力性能造成的影响进行了全面的探讨。(2)分析了工程中常见的非线性振动实例,讨论了非线性方程的分类并给出了一些典型的微分方程,对比了研究非线性问题的实验、几何、解析与数值方法并重点探讨了几种典型的解析方法。(3)分析了振动的类型并给出了分类,重点探讨了随机过程;结合试验信号,讨论了常见的信号去噪方法;对比了解析模式分解和盲源分离两种滤波方法在处理本文试验信号上的优劣,其中还用数值仿真算例对解析模式分解方法进行了验证;针对本文非平稳、非线性信号,对比了几种时频分析方法。(4)对不同脱粘状态的钢管混凝土柱试件进行锤击试验,记录试件表面不同测点位置的自由振动加速度信号,分析信号的非线性振动特性随脱粘状态和测点位置的变化规律,得到如下结论:无脱粘钢管混凝土柱试件的自由振动呈现出较强的非线性特性,与弱Duffing系统相似;脱粘的存在,使得试件的非线性特性减弱,脱粘面积越大,非线性程度越小;信号测点离脱粘位置越近,非线性特性越弱;非线性指标对脱粘敏感,且不易受构件制作和边界条件的影响,是识别钢管混凝土柱脱粘的良好指标。本文在前人的研究基础上,将非线性振动理论引入钢管混凝土柱的脱粘识别中,主要创新点为:对无脱粘钢管混凝土柱试件自由振动信号进行解析模式分解和Hilbert变换,获得了频率-振幅曲线,验证了钢管混凝土试件由于钢管与混凝土之间的界面效应而引起的振动非线性特性;采用Duffing方程频率与振幅的关系对频率-振幅曲线进行最小二乘法拟合,发现了试件的自由振动与?<0的弱Duffing系统相似;以频率-振幅曲线相同振幅区段内的频率差值和曲线经拟合得到的非线性系数为指标考察信号的非线性振动特性随脱粘程度和测点位置的变化规律,获得了利用钢管混凝土柱自由振动的非线性特性对其进行脱粘程度和脱粘位置识别的实用方法。