环境激励下鹤洞大桥模态参数识别分析与比较

在已建立的鹤洞大桥结构健康监测系统的基础上,同时采用GPS变形监测和加速度振动测试系统,在环境激励下对桥塔和桥主跨段进行位移和加速度响应的同步测试.采用基于总体平均经验模态分解法(EEMD)的改进HHT方法,对GPS系统监测位移进行时频域联合分析,同时对于桥面加速度振动测试数据则采用常规的功率谱峰值法进行频域模态识别.通过2种不同信号采取2种不同模态参数识别方法,进行系统辨识结果对比分析,发现GPS监测位移可以较好地反映主整体结构的低阶振型响应,基于EEMD的改进HHT方法能较好地处理低频非平稳随机信号的干扰及模态混叠现象的发生;相对于常规的功率谱峰值法,本文所采用的改进HHT方法对模态参数辨识结果具有更强的优越性.同时通过2种不同测试信号对于部分阶次模态的系统参数识别结果,与有限元数值分析结果较为相近,验证了上述2种测试结果的正确和可靠性.GPS变形监测系统与加速度动力测试子系统相结合,能较好地识别鹤洞大桥主要模态参数,为大桥的安全有效运作提供坚实依据.     

大跨度斜拉桥模态参数识别时频方法对比研究

利用苏通大桥结构健康监测系统(SHMS)记录的台风期间大桥加速度响应,分别基于希尔伯特-黄变换(HHT)和小波变换(WT)方法对该桥进行了模态参数识别,并将2种识别结果进行对比.在此基础上,进一步研究了模态阻尼比与桥址区实测平均风速的关系.结果表明:基于HHT和WT方法识别出的模态频率值基本一致;模态阻尼比差距较大,基于HHT方法识别的阻尼比均值略大于基于WT方法的识别结果;基于HHT和WT方法识别的模态阻尼比随风速的变化趋势类似.     

用频域法识别桥梁的模态参数

根据大型土木结构环境振动的特点,利用频域法对桥梁的模态参数进行识别,详细阐述了峰值检测法和复模态指示函数法识别桥梁模态参数的理论依据和实现方法,对比了两种方法各自的特点.利用香港汀九大桥的实测数据,辨识出了桥梁的模态参数,最后的辨识结果表明该方法在具体的工程应用中的有效性.     

斜拉桥模态试验研究

对斜拉桥进行试验模态分析,对验证设计、建立结构的动力学模型以及桥梁安全运行状态进行评估。采用环境脉动法对仙桃汉江公路大桥进行模态试验分析,取得了该斜拉桥振动的较为正确的模态频率、阻尼及较理想振型,与有限元计算结果基本吻合,从而验证了该模态分析方法的合理性和有限元模型的准确性,也为大桥的进一步研究提供依据。使得大桥长期安全运行的健康监测评估得到实现。     

用GPS和随机减量技术对悬索桥实时监测

为连续实时监测大跨桥梁的抗风、抗震重要参数——位移、转角和频率 ,通过比较几种桥梁传统的位移测量方法 ,提出利用 GPS实时监测悬索桥位移和转角的新方法。介绍了其测量系统和特点 ,在此基础上 ,利用基于随机减量的 FFT时域模态识别技术对虎门大桥进行实时模态分析 ,并同有限元数值分析结果和加速度计的实地测量结果相比较 ,得出 GPS技术与随机减量技术相结合可实现大桥连续实时监测的结论     

采用Bootstrap抽样的靖远黄河大桥模态参数识别不确定性量化

提出一种基于Bootstrap抽样的模态参数识别不确定性量化方法,从整体和局部的角度评价模态参数识别结果的可靠性.首先,基于动力测试的加速度时程数据,采用协方差驱动随机子空间(SSI-COV)法识别不同测试组的模态参数;引入Bootstrap抽样方法,对多组模态参数识别结果进行B次重复抽样,得到Bootstrap样本数据,并通过其概率统计特征值衡量整体不确定性.然后,对单个测试组中不同时间段的识别结果进行重复抽样,分析并量化单个测试组的模态参数识别的不确定性.最后,以靖远黄河大桥试验数据为例,对靖远黄河大桥竖向单个及多个测试组下的模态参数进行不确定性量化.结果表明:不同测试组识别的前3阶固有频率的均值分别为1.553 9,1.720 6,2.165 2,方差分别为0.076 1,0.042 9,0.096 5;单个测试组识别的前3阶固有频率的均值分别为1.526 5,1.788 0,2.306 0,方差分别为0.015 3,0.049 6,0.018 2;文中方法识别的固有频率值总体较为稳定.     

桥梁固有模态的识别

介绍了所编制的实桥环境随机振动测试数据处理及固有模态识别程序ＥＤＰＦＤＭ,该程序以频域法为基础,可对经实桥分组环境随机振动测试面得到的大量数据进行快速自谱、互谱及相位差和凝聚性分析,从而识别出桥梁的固有模态有对应的结构阻尼比的估计范围,以香港汲水门大桥固有模态环境随机振动测试为实例,结合用ＭＳＣ－ＮＡＴＲＡＮ通用程序的模态分析结果,证明了程序ＥＤＰＦＤＭ的效率和可靠性。     

基于多尺度模型修正的结合梁斜拉桥损伤识别方法

以灌河大桥为工程背景,提出了基于多尺度有限元模型修正的结合梁斜拉桥损伤识别方法.首先基于现场环境振动试验结果和两阶段响应面方法对初始多尺度模型进行修正,并将修正后模型定为原始未损伤状态;进而,利用多尺度模型修正方法对结构不同部位不同程度的损伤进行识别,并探讨了模态曲率损伤指标和单元模态应变能损伤指标对不同结构尺度损伤的敏感性.分析结果表明:在不考虑噪声干扰情况下,模态曲率和单元模态应变能指标对精细小尺度单元区域主梁微小(1%)损伤均较为敏感,可识别出结构的损伤位置,而对大尺度单元区域的损伤敏感性略低;在考虑噪声干扰情况下,精细小尺度单元区域比大尺度单元区域在损伤识别方面的抗噪性更好,且模态应变能损伤指标的抗噪性略优于模态曲率损伤指标.故而提出的多尺度建模及其损伤识别方法具有应用到实际工程中微损伤识别的潜力,并为大跨结构损伤预后奠定了基础.     

基于转角模态小波变换的连续梁损伤识别研究

针对采用基本振型进行小波变换识别连续梁支座附近损伤的困难,提出了运用转角模态小波变换识别损伤的方法.该方法在对连续梁转角模态进行有限元分析的基础上,用墨西哥帽小波做连续小波变换,并由多尺度小波分析确定损伤位置,由低尺度上的小波系数模极大值识别相对损伤程度,由小波系数线特征确.定损伤类型.通过对一具有离散裂缝、裂缝群和局部刚度下降三类损伤的连续梁做数值计算分析,验证了方法的有效性.该方法对连续梁损伤识别的工程应用具有参考价值.     

基于应变模态小波神经网络的结构损伤识别方法

以框架结构为研究对象,利用小波分析和神经网络理论,结合二者的优点,运用小波分析来确定框架结构的损伤位置,运用神经网络算法来识别损伤程度,给出了基于应变模态参数识别框架结构损伤的原理,建立了一种识别结构损伤的小波神经网络方法.通过建立基于振型模态和应变模态的损伤识别方法,分别对9种不同工况下框架的裂缝位置进行识别,并对比了这2种模态下损伤位置的识别效果.然后,分别对框架的振型模态和应变模态进行连续小波变换,获得2种模态参数下的小波系数模极大值.利用神经网络去模拟小波系数模极大值与损伤程度之间的非线性关系来识别结构的损伤程度,并对比了这2种模态下损伤程度的识别效果.数值分析结果表明,小波神经网络可以有效地识别出结构的损伤位置和损伤程度,基于应变模态的损伤识别方法具有更好的准确性.     

基于曲率模态识别桥梁结构损伤的机理分析

阐述了曲率模态参数的特性,从有限元动力响应基本原理出发,分析了曲率模态用于识别桥梁结构损伤的机理,说明了曲率模态是一类对结构局部变化有敏感性的动力学参数,对于进一步在实际工程中识别桥梁结构损伤行为具有重要的指导意义.     

基于影像及小波变换的桥梁损伤识别

桥梁损伤定位和定量分析是桥梁健康监测的难点,为提高桥梁结构损伤位置识别的精度及准确性,利用位移模态对结构局部损伤的敏感特性,提出基于影像和小波变换的桥梁损伤识别新方法,通过工业相机获取悬臂梁振动形态,利用模版匹配方法提取结构动态位移响应及模态参数,对位移模态进行小波变换,建立小波系数平方差的损伤指标识别结构损伤位置。通过室内悬臂竖梁振动实验,对全域测点的振动衰减信号快速傅里叶变换成功获取了结构的模态振型,与数值模拟结果比较表明试验获得一阶固有频率最大误差为2.202%,二阶固有频率最大误差为3.182%,表明所提方法用于结构位移测量的可行性以及测量精度的可靠性;在此基础上利用小波系数平方差的明显突峰特性可准确识别结构单损伤、多损伤的存在,并能准确定位损伤位置。研究表明,所提方法可以准确识别不同位置、不同程度的单损伤和多损伤,具有远距离、非接触、高精度、高效快捷、可多点监测提升振型空间分辨率等优点,为桥梁结构全域损伤识别提供了一种新方法。     

基于损伤柔度曲率矩阵的人行天桥损伤识别研究

为了研究基于损伤柔度曲率矩阵的损伤识别方法在人行天桥上的适用性,将此方法用于人行天桥模型和实际工程的桥梁结构分析中。通过对人行天桥简支钢箱梁损伤前的完好结构及各类损伤工况下的损伤结构进行数值模拟,得到各工况下的这一损伤识别指标的损伤识别性能,对其进行分析。之后将此方法用于实际的人行天桥动力模态试验中,在随机环境激励的情况下使用动态信号采集分析系统对人行天桥进行动力模态试验。研究发现,损伤柔度曲率矩阵这一指标对于人行天桥具有良好的损伤识别性能,并且其抗噪声能力、微小损伤识别能力以及对于实际工程的适用性能皆有良好表现。     

温度对桥梁动力特性的影响研究

摘要：环境因素（如温度和行车荷载等）变化会引起的结构动力特性的变异,因此,在基于振动的结构健康监测和损伤识别技术中,如何区分环境因素变化与结构损伤所引起的结构动力特性的变异性,并量化环境因素对结构动力特性的影响显得非常必要。本文在吉昌特大桥通车前对其主桥和引桥的动力响应和温度分别进行了测试。首先,用模态自动识别程序识别得到两座桥的前三阶模态。其次,得出箱梁桥的前三阶模态频率和T型梁桥的第三阶模态频率与温度具有显著的负相关性的结论。最终,分别建立了两座桥的动力特性与温度之间的线性回归模型。     

基于柔度变化对刚架拱桥损伤识别

桥梁结构的损伤识别结果,可作为维修加固设计的依据.以龙母大桥为工程背景,提出一种识别刚架拱桥损伤的方法.即先建立空间梁单元模型,计算桥梁的竖弯振型.使用总体模型保证准则初步确定刚架拱桥的损伤位置,列出几种可能的损伤情况,并将其柔度与实测振型计算出的柔度相减,若柔度差接近0,则为最有可能的损伤情况.结果表明:合理制定测试方案和准确测试前三阶竖弯振型,是刚架拱桥损伤定位的关键.     

九跨预应力混凝土连续梁的环境振动试验与模态分析

介绍了深圳市松岗高架桥———九跨预应力混凝土连续梁桥的现场环境振动试验的概况.利用频域中的峰值法(PP)和时域中的随机子空间识别法(SSI)分别进行桥梁模态参数识别;利用ANSYS建立了全桥三维有限元模型并进行了理论模态分析,理论计算和实测结果吻合较好.此类测试与分析有助于桥梁的状态评估与维修加固.     

钢筋混凝土简支斜交宽梁桥动力特性分析

以省道306线福建永春达中桥为例,分析了钢筋混凝土简支斜交宽梁桥的动力特性.首先介绍了全桥现场环境振动试验的概况;然后利用频域中的峰值法(PP)和时域中的随机子空间识别法(SSI)分别进行桥梁模态参数识别;最后利用ANSYS建立了全桥三维有限元模型并进行了理论模态分析,得到了该桥的前9阶频率和振型,其理论计算和实测结果吻合较好.结果表明,斜交宽梁桥具有竖向多扭转振型的特点,进行竖向模态测试时需布置3排加速度传感器.