基于风载激励下桥梁结构模态参数识别

对桥梁结构长期运营造成的损伤进行检测时,传统的模态参数识别方法需要激振设备和中断交通,不仅复杂而且易给桥梁结构造成新的损伤。依据模态参数的变化可反映损伤程度的原理,提出无需激振设备的基于风载激励下随机减量/ITD法进行模态参数识别的在线检测方法,为桥梁结构损伤识别提供一种新的途径。识别的一阶固有频率及阻尼比的相对误差仅为1.39%和2.3%。     

基于环境激励的工作模态参数识别

根据环境激励具有随机怀以及线性系统在环境激励下各输出点响应之间的相关函数与系统的脉冲响应函数具有相同的数学表达式等特点,给出了在线模态参数识别的理论,并提出了仅根据环境激励响应识别模态参数的新方法,该方法简单实用,不仅能在线识别参数,而且对单输入和多输入均适用,数值算例表明,该方法不仅能识别稀疏模态,而且也能识别密集模态,是一个有效的在线模态参数识别方法且具有鲁棒性。     

基于RD&ITD法的JJ160/41-K型石油井架结构的模态参数识别

模态参数作为石油井架结构重要的动力指纹,以JJ160/41—K型石油井架结构为研究对象,通过随机减量法获取环境随机激励下,井架结构的自由振动衰减信号,利用ITD法对单测点和多测点两种情况下的脉冲响应信号进行模态参数识别;并将有限元和频谱分析的模态参数进行对比分析。数值模拟分析表明,利用RD&ITD法识别的模态频率结果基本一致,而模态阻尼比的识别结果则相差较大,同时有限元分析表明,由于噪声的干扰,存在着虚假阻尼比,需要人为地进行甄别。故对于难以直接激励的大型石油井架结构来说,利用RD&ITD法进行系统模态参数识别是可行的,为做好井架结构的安全评估工作,减少工程事故隐患提供了有效的理论依据。     

基于AR-EWT和SSI的桥梁结构模态参数识别

为解决随机子空间识别(SSI)算法存在的系统定阶困难问题,避免各模态之间的相互影响,提出一种结合自回归功率谱经验小波变换(AR-EWT)和SSI的桥梁结构模态参数识别方法。首先,采用AR-EWT将结构不同测点的振动响应信号分解成一系列仅含单一模态信息的单分量信号,并利用奇异值分解(SVD)去噪单分量信号。然后,组装所有测点中包含相同模态信息的单分量信号。最后,利用SSI分别处理各组单分量信号,识别结构的自振频率、阻尼比和振型。ASCE Benchmark模型、简支梁模型和西宁北川河桥的模态参数识别结果表明：所提出的AR-EWT结合SSI的模态参数识别方法可避免直接利用SSI识别模态参数时存在的系统定阶问题,提高模态参数识别效率;ASCE Benchmark模型、简支梁模型和西宁北川河桥的模态参数识别结果与直接利用SSI的识别结果、有限元分析结果基本一致。     

随机减量法识别轮对系统模态参数

叙述了运用随机减量法获取自由响应的基本原理以及模态参数的提取方法，选择机车车辆轮对系统为研究对象，从机车车辆轮对横向振动响应中得到自由响应，并应用最小二乘法从自由响应数据中提取出模态参数，最后分析了影响轮对系统随机减量法几个应注意的问题。     

结构模态参数识别的随机子空间法

随机子空间法(SSI)是时域识别的模态参数识别法,该法根据加权方法的不同可以有3种算法．通过 处理实桥动载实测数据,研究了这3种算法识别真实结构模态参数的问题．     

非平稳环境激励下线性结构在线模态参数辨识

由于任意随机激励都可作为白噪声与非白噪声之和，通过引入非白噪声系数导出线性结构随机响应之间的相关函数由两部分组成：①模态函数与脉冲响应具有相同的数学形式；②不含模态信息的其他形式．利用经验模态分解法，把相关函数分解为每一阶模态函数与余项之和．对分解得到的每一阶模态函数，应用单自由度时域辨识方法可以得到多自由度线性结构的模态参数．辨识结果表明，该方法能较好地解决非平稳激励环境激励下线性结构模态参数的辨识问题．     

环境随机激励下在役石油钻机井架试验模态参数识别

针对钻机井架的结构形式和作业特点,详细讨论了模态测试中若干试验参数,如激励方式、传感器位置以及频率分辨率等,提出了基于环境随机激励的钻机井架结构试验模态识别的一种有效方法.根据激振形式,推导了模态参数识别公式,依据结构响应的自功率谱识别井架的模态频率,依据互谱与自谱的峰值之比近似地识别模态振型.针对海洋和陆地钻机两种井架形式进行分析.该方法处理简单、快速、实用,适用于大型复杂钢构结构,具有一定的工程应用价值.     

非平稳环境激励下结构工作模态参数识别法

为了研究非平稳环境激励下只根据响应信号识别系统的模态参数的问题,首先将自然激励技术(natural excitation technique,NExT)法的应用范围从理想白噪声扩展到了MA(q)模型。假设非平稳激励由(d-1)阶多项式趋势项与MA(q)模型之和构成,将其d阶差分后变成MA(q+d)阶模型;导出了基于激励和响应差分数据的运动方程,建立了非平稳环境激励下模态参数识别NExT法。用该方法对龙潭河大桥进行模态参数识别。识别的结果与有限元计算值一致,并且在非平稳环境激励下,该方法能够比标准NExT方法获得更好的模态参数识别结果。     

模拟环境激励下结构模态参数识别试验研究

为了实现结构基于振动特性的健康监测,进行了在线模态参数识别。综合自然激励技术和特征系统实现算法,进行了模拟环境激励下结构的时域模态参数识别。利用特征灵敏度分析得到质量归一化振型。对一个两层钢支撑框架模型进行了模拟环境激励试验和力锤激励试验;通过改变结构质量和特征灵敏度分析,得到质量归一化振型;同时进行了有限元计算分析。通过试验模态参数识别与有限元计算得到的模态参数的对比,证明了该方法的有效性。     

不中断运营的既有桥梁模态参数识别

为了在不中断桥梁运营的前提下使结构模态参数识别结果更精确,采用随机子空间方法对汽车荷载和环境激励共同作用下的不中断运营的桥梁结构进行模态参数识别研究,并采用一三跨连续梁的有限元模型进行了验证。结果表明,随机子空间方法可以识别汽车、环境共同作用下的桥梁结构模态参数识别,可以有效地识别环境激励下的不中断运营的桥梁结构的模态参数,拓展了随机子空间方法适用范围。     

基于精细积分的桥梁移动荷载识别精度分析

为了识别作用于桥梁结构的移动荷载并对识别的敏感性进行分析,比较各参数对识别结果的影响,首先有效地将桥梁结构振动微分方程转化为精细积分方法的一般形式,进而得出荷载识别精细积分方法的HPD-S格式;基于Matlab仿真技术,重点讨论测量噪声、模态数、车速及采样频率等几个主要参数对识别结果的影响。仿真算例表明,该识别方法对模态数不敏感,但对采样频率敏感性较高,车速与测量噪声是影响荷载识别精度的主要因素。通过选择适当的参数,该方法可以有效地识别桥梁结构的移动荷载,从而为工程应用提供技术指导。     

模态参数辨识改进算法及其在振动台试验中的应用

结合数据驱动随机子空间法,提出了环境激励下结构模态参数识别的改进ITD法、改进STD法与改进复指数法。随机子空间法的识别精度高,其中Hankel矩阵经过正交投影计算可以保留原始数据中的所有信息,同时去除了噪声,将得到的P矩阵中的数据作为ITD法、STD法与复指数法的输入数据,这3种方法就不再需要采用随机减量法或者自然激励技术进行前处理,避免了这2种前处理方法的不准确性带来的误差,并提高了模态参数识别的计算效率。利用12层钢筋混凝土框架结构模型在振动台试验过程中地震反应记录,识别结构模型模态参数。从而证明3种改进方法在结构模态参数识别中应用的可行性。     

考虑风偏角影响的大跨径拱桥横向风荷载试验

依据某大跨径拱桥全桥气弹模型风洞试验,研究了不同风偏角下结构的横向风荷载响应。试验对模型的动力特性和静力刚度进行了测定,并采用紊流场模拟桥址处的风环境,进行了0°～90°风偏角下不同风速的试验。试验验证了该拱桥的气动安全性。数据分析结果表明:当风向为正横桥向时,桥梁结构的风作用处于最不利状态,结构关键位置随风偏角的增大而增大;斜风向下桥梁实际风荷载效应比采用三角函数分解方法叠加得到结构风荷载效应更为不利。     

基于环境激励的模态参数识别方法比较研究

针对环境激励下模态参数识别方法的发展进行了综述,对目前常用的几种识别方法的原理和特点进行了阐述,并指出其各自的适用条件及待解决的问题。     

一种改进的桥梁结构物理参数识别算法

为了解决悬臂型桥墩结构在输入信息未知条件下的物理参数识别问题,采用将松弛法与改进的全量补偿算法结合起来的算法,通过对参数的离散化,对输入未知条件下的一悬臂型桥墩结构的多个物理参数进行了识别。结果表明:无噪声条件下,结构各物理参数识别精度较高;添加不同噪声后,由于Rayleigh阻尼中质量和刚度阻尼系数的数量级差别较大,以致质量阻尼系数的识别结果相对误差明显较刚度参数大,但均在精度要求范围之内。该改进的算法不仅理论上更加完善,同时也具有很高的识别精度和一定的收敛速度,为弯曲型结构物理参数识别研究提供了一种新的方法思路,便于工程应用。     

基于参数离散化的梁式桥损伤识别方法

针对梁式桥提出了一种基于参数离散化的损伤识别方法,并以结构动力指纹、实测位移、速度、结构刚度矩阵及其影响矩阵为变量,提出了全面损伤指标I1和精准损伤指标I2,通过数值模拟和实桥试验验证了该损伤识别方法的敏感性和抗噪性.结果表明,损伤指标I1和损伤指标I2均能有效实现梁式桥的损伤识别,且损伤指标I1具有更好的损伤敏感性和抗噪性,而损伤指标I2相对漏诊的可能性较低.在新沂河大桥损伤识别中,损伤指标I1能基本拟合梁式桥裂缝分布,较全面地反映出桥梁的损伤概况;而损伤指标I2对梁式桥中的重大损伤更为敏感,对于桥梁重大病害损伤识别的抗干扰性较高,能较准确反映桥梁结构的主要损伤.基于参数离散化的损伤识别方法可从本质上揭示梁式桥刚度损伤的数学形式,有效应用于梁式桥损伤识别中.