钢管混凝土拱桥模型的模态测试方法与应用

以结构模态参数为基础的结构动力分析是桥梁结构动力分析的关键问题之一.首先建立某一钢管混凝土拱桥的有限元模型,并进行动力分析.其次对该模型进行模态试验,采用结合环境激励技术的特征系统实现算法(ERA法)识别该结构的模态参数,即识别得到该结构的前6阶频率和振型.最后通过比较测试结果与有限元计算结果可知,对此类复杂结构作进一步的有限元模型修正是必要的.     

基于随机子空间的钢管混凝土拱桥模态参数识别

结构模态参数识别是结构健康监测领域研究的重点.基于随机子空间法理论,在环境激励下对某钢管混凝土拱桥拱肋进行模态参数识别,得到该桥拱肋的固有频率、阻尼比和振型等模态参数;用Midas-Civil有限元软件建立该桥梁的计算模型;对实测结果和计算结果进行对比,验证识别结果的可靠性.试验结果可作为该桥梁的损伤识别、使用状态评估和健康监测的基础.     

基于分布式无线智能传感器网络的结构模态识别

利用美国伊利诺伊大学结构健康监测项目组研制的ISM400无线智能传感器,分别采用分布式和集中式数据采集方法,对一个简支层压板进行了振动测试试验.采用自然环境激励技术(NExT)和特征系统实现算法(ERA)相结合的一种时域联合算法,仅利用输出信号对结构模态参数进行识别,并将识别结果与有限元模型的计算结果进行了对比分析.根据分布式与集中式两种数据采集处理方法识别的振动频率和模态振型,与有限元数值模拟结果吻合较好,验证了基于分布式数据采集的无线智能传感器网络在结构模态识别中的可行性.在大型土木工程结构需要布置大量传感器时,分布式无线智能传感器网络因其高度集成化和节约电源等优点,比采用传统的集中式数据采集方法更加高效实用.     

激励信号特征对随机子空间方法结构模态识别的影响

利用MATLAB软件产生不同分布特征的白噪声激励信号,基于商用程序ANSYS对一简支梁在环境激励下的动态响应进行仿真模拟,根据该梁的结构响应信号利用SSI方法实现其模态参数识别,分析了不同白噪声激励信号的离散程度和零均值误差对SSI模态参数识别方法的影响.     

桥梁振动激励模态测试的研究

振动激励应变法是桥梁检测研究的主要方法，检测获得的模态参数是判断桥梁运行状况的重要标志．本文采用自行开发的一套基于PC机的测试系统，对道路桥梁桥墩部分进行环境振动激励模态测试，记录了桥梁桥墩部分的动态过程．通过分析测试结果给出了轻轨铁路桥梁桥墩部分垂直方向上的前五阶对称振型和第三阶反对称振动的振型以及相应的固有频率，为了验证测试结果，文中对桥墩的模拟数据用二维有限元模型建模，用有限元软件ANSYS建立了该桥墩的二维有限元模型，并计算得到了桥的模态参数．试验表明，计算和测试结果吻合较好，从而验证了本文测试方法的可靠性．     

基于数据驱动的应变模态参数随机子空间识别法

基于以应变和应变率为状态变量的系统随机状态空间模型,比拟基于数据驱动的位移模态参数随机子空间识别方法,建立基于数据驱动的应变模态参数随机子空间识别方法,用于环境激励下的结构应变模态参数识别,并通过数值算例和实例对识别方法进行验证。数值算例计算结果表明:应变模态参数随机子空间识别法可在各种噪声情况下较好地识别出结构的曲率模态振型,而且识别的曲率模态振型对局部损伤很敏感,具有较强的抗噪能力;实测算例识别的应变模态振型也与理论振型较吻合,从而进一步验证本研究识别方法的实用性。     

环境激励下湘潭莲城大桥模态参数识别研究

对环境激励下结构模态参数识别进行了理论分析和试验研究.基于随机振动理论阐述了峰值拾取法的基本原理和方法,并提出了虚拟响应的概念.从湘潭莲城大桥在环境激励下的加速度测试信号中提取高信噪比的虚拟响应信号,根据峰值拾取法对虚拟响应信号进行频域分析,识别了该桥主跨结构的固有频率、阻尼比和振型等模态参数.试验模态参数与理论模态参数基本吻合,验证了识别结果的可靠性.模态置信矩阵表明,结构的线性响应特性明显,竖向振动具有良好的正交特性.     

一种获取结构实模态振型的方法

为获取结构真实而精确的实模态振型,提出将复振型向量构建的特征方程应用于基于参考点的数据驱动子空间方法中进行结构模态参数识别的方法.为验证该方法识别结构模态参数的可行性和精确性,对一矩形截面悬臂梁端部突加一集中荷载,进行有限元时程分析,得到梁上一系列节点的加速度响应数据,进而利用提出方法识别了悬臂梁的频率、实模态振型及阻尼比.识别结果与悬臂梁模态参数的理论值吻合较好,表明利用复振型向量构建的特征方程结合基于参考点的数据驱动子空间方法进行结构模态参数识别是可行和精确的,该方法可以得到结构可靠的实模态振型.     

基于强震动观测记录的结构扭转振型识别

结构强震动观测是分析结构动力参数的重要途径。对于扭转振型的识别,往往需要同一楼层平面内的多台强震动观测设备;而平面内单台设备能否有效识别结构的扭转振型,有待分析讨论。选取云南省一强震动观测台阵的观测记录,通过傅里叶谱分析、几何推导,识别了该大楼的振型模态。结果显示,大楼长、短轴向各存在明显的峰值点,对应频率分别为:地震动的卓越频率(短轴1.1 Hz、长轴1.3 Hz)、结构第一平动振型(1.7 Hz)、结构第二扭转振型(2.1 Hz)。最后,在考虑填充墙质量、刚度的情况下,建立了符合实际工程情况的三维有限元模型并进行模态分析。结果显示,有限元模拟值与强震动观测结果相近,说明利用强震观测记录傅里叶谱,可有效识别结构的振型模态;同时也说明平面内单台强震动观测设备能识别结构的扭转振型。     

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。     

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.     

承弯结构的曲率模态分析

曲率模态常用于计算结构动强度设计中的应力状态。针对桥梁等承弯结构研究曲率模态与应变模态之间的关系 ,阐明了曲率模态分析的理论依据及其特性 ,如曲率模态的正交性和叠加性等 ;推导了有关公式并据以说明曲率模态试验方法和参数识别 ;探讨了曲率模态在动强度设计、结构损伤检测等方面的应用。由于曲率模态是结构的中性面的变形模态 ,它对结构的局部变化与应变有相同的敏感性 ,但其模态表达式将比应变模态简单 ,而应变与曲率之间有简单的关系 ,因此曲率模态在动态设计应用上将更为方便     

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。     

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.     

实测模态下三跨整体桥精细化基准有限元模型

以一座新建的整体式桥台桥梁(简称整体桥)为工程背景,建立服务于健康监测的精细化基准动力有限元模型.将设计阶段基于梁格法建立的全桥三维模型与采用梁-壳单元的精细化模型作为初始有限元模型,把环境激励下获取的实测模态信息(自振频率与振型)作为参照,基于参数灵敏度分析修正了上述两种结构模型.结果表明：尽管两种模型修正后都可以获得与实测模态尤其是频率值较好的吻合度,但修正后的梁格模型的模型参数严重偏离其真实的物理意义,难以作为长期监测的基准模型;而修正后的精细化梁-壳单元模型的模型参数物理意义明确,可以作为计入环境因素影响(如温度、湿度等)的结构长期监测的基准模型.该研究还基于动力试验和模型分析结果讨论了整体桥特有的结构-土相互作用的问题.     

高耸结构建造阶段环境振动测试与模态分析

以建造阶段的广州新电视塔为研究背景,详细介绍了在一般风荷载激励下,对其进行的一次环境振动测试,然后用频域法和时域法两种不同的方法识别出了在测试阶段电视塔的前十阶模态频率及相应的振型和阻尼比,并与SAP2000有限元模型的计算结果进行了比较。结果表明本次频率的测试值和理论值低阶模态频率符合得很好,但高阶存在一定的差异。表明此次环境振动测试结果可以用来修正电视塔的初始有限元模型,从而为今后的健康监测和损伤检测提供较精确的基准模型。     

Modal Parameter Identification of Offshore Platforms under Ambient Excitation

This paper intends to identify the modal parameters of an offshore platform under ambient excitation, and to compare the identified results with theoretical solutions. Using ambient sources of excitation to determine the modal characteristics of large civil engineering structures is desirable for several reasons. The forced vibration testing of such structures generally requires a large amount of specialized equipment and makes the tests quite expensive. Also, an automated health monitoring system for a large civil structure will most likely use ambient excitation. The Eigensystem Realization Algorithm (ERA) is applied in conjunction with the common basis-normalized system identification (CBSI) to identify structural modal parameters (natural frequency, damp ratio, mode shape), with limited acceleration information. Finally,offshore platform numerical model gets output response data under ambient excitation. Simulated data from numerical model of an offshore platform under ambient excitation is used for the identification of the system. According to the comparison results, the proposed method is shown to be effective for modal parameter identification under ambient excitation.     

Identification of Modal Parameters with Linear Structure under Non-stationary Ambient Excitation

Empirical mode decomposition (EMD) is proposed to identify linear structure under non-stationary excitation,and non-white noise coefficient is introduced under the assumption of random signals consisting of white noise and non-white noise signals. The cross-correlation function of resoonse signal is decomoosed into mode functions and residue by EMD method. The identification technique of the modal parameters of single freedom degree is applied to each mode function to obtain natural frequencies, damping ratios and mode shapes. The results of identification of the five-degree freedom linear system demonstrate that the proposed method is effective in identifying the parameters of linear structures under non-stationary ambient excitation.     

某天气雷达站塔楼结构时程分析

运用通用有限元程序ANSYS对某天气雷达站塔楼结构进行了自振特性分析及地震载荷作用下的时程分析,通过计算得出了雷达站塔楼的前20阶频率、振型,并进一步计算了在地震作用下时程分析的位移及内力,结果表明该结构具有很大的抗侧刚度,且沿高度分布均匀,自振频率满足结构使用要求,验证了结构设计的可靠性,为结构设计提供了可靠的参考数据．