基于环境激励的连续刚构桥模态参数识别及有限元模型修正

一个合理准确的有限元模型是大型桥梁健康监测系统中损伤识别及安全评估、预警的前提。以一座三跨预应力混凝土连续刚构桥为例,根据设计资料,利用ANSYS建立其初始三维有限元模型,利用其健康监测系统采集得到的加速度时程数据,采用随机子空间法对实际结构的模态频率进行识别,依据识别结果,在参数灵敏度分析的基础上,根据最优化理论对该桥的有限元模型进行修正。研究结果表明,经修正后的有限元模型能真实准确地反映该桥梁结构的真实动力特性,可以作为健康监测中损伤识别、安全评估等研究工作的基准模型。     

连续型子空间分解法在桥梁结构中的应用

介绍了基于连续时间模型的随机子空间分解方法，并将该方法用于桥梁模态识别中。通过与传统随机子空间方法的分析结果进行比较，验证了连续型随机子空间分解方法能够在桥梁健康监测中有效的应用，并具有计算效率高，稳定性好以及能够直接识别模态参数等优点。     

环境振动下的钢管混凝土拱桥试验与分析

环境振动试验是检测大型桥梁结构的主要方法,检测得到的模态参数是判定桥梁健康状况的重要依据.本文基于随机振动理论,从雁滩黄河大桥在环境激励下获得的加速度测试信号中提取高信噪比的响应信号,采用频域峰值法和时域随机子空间法识别得到了该桥的固有频率、阻尼比和振型等模态参数,并与有限元模型计算结果进行了对比,验证了识别结果的可靠...     

基于随机子空间的桥梁损伤识别

把基于随机子空间算法的模态参数识别引入到梁桥结构损伤识别中.在环境激励下测试结构完好状态和损伤状态的时程响应,建立离散空间时间状态方程,运用随机子空间方法识别出结构的系统矩阵和属性矩阵,识别结构两种状态下的模态参数,由模态参数构建损伤动力指纹,从而识别桥梁结构的损伤位置和损伤程度.     

协方差驱动随机子空间算法的梁桥模态参数识别

基于状态空间系统识别理论和算法,对随机子空间识别算法的特性,适用性及其在桥梁模态参数识别中的应用进行了研究。首先由QR分解计算由系统输出组成的Hankel矩阵,并构建基于输出的自协方差Topelitz矩阵,再对该矩阵进行奇异值分解（SVD）,获取系统的可观测矩阵及可控制矩阵,依据协方差驱动的随机子空间算法构建结构离散状态矩阵并进行特征值分解,从而识别结构的模态参数。编制了协方差驱动随机子空间算法识别桥梁结构模态参数的M atlab程序,以某三跨连续梁桥梁的模态参数识别为例,验证了方法的可靠性和可行性。结果证明,协方差驱动随机子空间算法可应用于实际桥梁的模态参数识别中。     

桥梁风洞试验模态参数识别的随机子空间方法

模态参数识别是桥梁风洞试验中的一项重要内容,发展了基于参考点、无需输出协方差估计的识别振动系统模态参数的随机子空间方法,其识别精度和可靠性通过数值算例验证。对状态空间理论中的稳定图作了全面的阐释。根据苏通大桥和苏拉马都大桥主梁三自由度节段模型风洞试验采集到的位移信号,采用随机子空间方法识别了侧弯、竖弯和扭转模态频率和阻尼比,并且与随机搜索方法识别结果进行对比。分析结果表明,随机子空间方法和随机搜索方法识别结果非常吻合,本文发展的随机子空间方法是识别风洞试验桥梁模态参数的一种有效和实用方法。     

基于径向基神经网络的桥梁有限元模型修正

基于某预应力混凝土大跨刚构-连续梁桥的ANSYS有限元模型,提出一种基于径向基神经网络的有限元模型修正方法。该方法以不同设计参数条件下有限元模型模态分析频率作为输入向量,以对应的桥面单元、中墩、边墩的弹性模量、密度等设计参数修正值作为输出向量,利用径向基神经网络来逼近两者之间的非线性映射关系。结合该桥梁结构健康监测系统中加速度传感器监测的桥梁结构动力反应的加速度数据,利用神经网络的泛化特性,直接计算出有限元模型设计参数的修正值。研究结果表明:修正后的有限元模型能更真实地反映结构的物理状态,较好地反映该桥梁结构的真实动力特性。     

基于随机子空间法的城市桥梁模态参数识别研究与程序开发

近年来,在桥梁结构安全性状鉴定研究中,基于环境激励的随机子空间模态分析法(SSI)研究较多。论文在城市桥梁模态参数识别中应用随机子空间算法(SSI),基于SSI理论采用Matlab软件开发出工程结构模态分析软件(MAES);以有限元仿真简支桥梁模型、市内某单跨人行天桥工程为依托,计算出模态频率的理论值,同时实测出基于随机子空间法的模态频率值进行对比和验证。研究表明,两者吻合度较高,随机子空间法在城市桥梁模态参数识别中应用价值较高。     

苏通长江公路大桥最大单悬臂施工状态结构模态参数识别

将HHT法与随机减量技术相结合,利用现场实测的位移时程信号,对苏通长江公路大桥主梁最大单悬臂施工状态结构模态参数进行了识别.所识别出的频率与有限元分析的结果相近,识别出的模态阻尼比与<公路桥梁抗风设计规范>给定值差别较大.表明运用本文所提出的方法进行结构模态参数识别是有效的,规范所给阻尼比值具有很大离散性.针对不同特大桥梁有必要进行相应模态阻尼比实测,以便满足施工和设计的需要.     

超高耸钢结构的模态参数识别及模型修正

广州新电视塔(GNTVT)是一座高度为610 m的超高层柔性钢结构，很有必要对其进行健康监测。应用多参考点稳定图算法(M-NExT/ERA)、数据驱动随机子空间识别法(SSI/Data)和增强频域分解法(EFDD)，依据GNTVT Benchmark提供的结构振动数据识别广州新电视塔的模态参数，以掌握其动态特性；利用ANSYS建立GNTVT的有限元模型，根据识别得到的实测模态参数，结合遗传算法对GNTVT初始有限元模型进行参数修正，使有限元模型得以正确反映真实结构的动态特性，以供后续健康监测研究之用。     

随机子空间法参数识别与有限元分析

随机子空间法是近些年来发展起来的一种线性系统识别方法,可以有效地从环境激励的结构反应中获取模态参数。属于时域的方法,这种时域识别方法基于状态空间模型,仅利用结构输出反应,避免了传统的人工识别和迭代过程。它不仅可以识别结构的频率,而且可以识别结构的阻尼和振型。介绍了随机子空间的理论,用该方法对一框架模型进行参数识别,通过与有限元识别结果的比较证明了随机子空间方法不失为一种有效的模态参数识别方法。     

基于AEEMD和改进DATA-SSI算法的桥梁结构模态参数自动化识别

模态参数作为桥梁结构最重要的动力参数之一,在实际运用中,可通过监测其变化情况来辨识结构的使用性能,精确地参数识别对保障桥梁健康运营具有十分重要的意义。鉴于此,该文对现阶段常用的振动信号降噪处理算法和模态参数识别算法进行了相应的改进。一方面,提出一种新的信号自适应分解与重构算法,即自适应总体平均经验模态分解算法（AEEMD）,该算法相比总体平均经验模态分解算法（EEMD）而言,能够根据信号的自身特征自动化确定添加白噪声的幅值标准差和集成平均次数|能更好地处理端点效应|同时还能够保证所得本征模态函数之间不存在模态混叠现象|最终实现有效IMF分量的自动化筛选和信号重构。另一方面,将多维数据聚类分析算法引入随机子空间算法中,并以频率值、阻尼比以及振型系数为因子建立判别矩阵,以智能化区分虚假模态和真实模态,最终实现模态参数自动化识别。文章最后分别用模拟信号和实际桥梁测试信号对所提算法的有效性进行验证,结果表明,该文所提算法能运用于实际桥梁结构的模态参数自动化识别。     

基于LMD非线性特征参数识别的结构动态检测研究

为了改变传统模态参数识别方法无法识别变工况环境下结构响应的状况,更好地满足土木工程结构健康监测的需求,提出了基于LMD的非线性特征参数识别方法。采用LMD法对施加扰动的建筑结构加速度响应信号分解得到PF分量,进而求出每个PF分量的瞬时频率和瞬时幅值,通过拟合瞬时频率和瞬时幅值曲线识别模态固有频率和阻尼比。本文以多层建筑结构的三维有限元模型为例,对模型施加任意方向的扰动,通过理论分析和计算,并与仿真分析结果对比,验证了基于LMD的结构动态检测分析方法的有效性。     

基于计算机视觉的复杂背景人行桥振动识别

基于振动的桥梁健康监测是以定量方式评估桥梁安全性能的有效工具，针对在使用传统接触式传感器时，实现大型结构的高空间分辨率测量难以达成，并且固定接触式传感器在超过主体结构的寿命时还可能缺乏可靠性。文章建立一套非接触桥梁振动识别系统，系统对基于相位的运动估计(PME)进行改进，结合2DGabor小波并抽出相位中与积分无关的变量，提出新的表示方法用于提取相位信息。系统利用改进的PME对结构表面的自然目标进行追踪，进而识别全场结构的振动信息；再通过模态分解离散出结构有效振动信号，将高频微小信号通过基于相位的运动放大(PMM)技术进行放大，最终识别出完整的结构振动信息。为应对城市复杂环境下桥梁振动识别的困难，消除环境对相机振动的影响，文中提出利用模态分解剔除环境对相机振动的影响和其他噪声，进而提取出有效的桥梁振动信息。通过在实验室桥梁模型上进行三种不同工况的试验和户外人行桥斜拉杆测试，验证系统对桥梁振动识别的可行性。在模型试验中，系统识别得到的时域和频域信息与激光位移传感器对比的误差都小于0.80%;户外人行桥斜拉杆测试中，系统识别的结果与接触式高频加速度传感器对比的误差小于2.0%,比桥梁挠度仪...     

大跨度钢-混凝土组合人行天桥舒适度分析

采用调整结构自振频率和限制加速度响应相结合的方法,对惠州市大亚湾大跨度钢-混凝土组合人行天桥进行了人行舒适度分析。基于通用有限元程序MSC-MARC二次开发的子程序,建立组合人行天桥的纤维模型。利用FORCDT子程序描述随时间和空间变化荷载的功能,模拟了不同人行激励工况,按照各国规范中验算人致振动响应的方法,对人行天桥舒适度进行综合评估。通过加速度时程计算,对比分析阻尼比、积分步长、结构质量、人行荷载模式以及桥梁支座处弹簧节点构造等因素对结构动力响应的影响。分析结果表明：该钢-混凝土组合大跨人行桥能够满足各规范对人行舒适度的检验要求,同时在桥梁支座处设置弹簧连接,可使结构加速度响应降低14%,支座反力减小54%,可有效控制结构的人致竖向振动响应。     

装配式梁桥概率地震需求分析

装配式梁桥在公路桥梁系统中应用广泛,其概率地震需求分析对实现桥梁基于性能的抗震设计与评估至关重要。采用增量动力分析(IDA)方法,选择阻尼比为5%、与结构基本周期对应的谱加速度作为地震动强度指标,选择墩顶侧移率作为工程需求参数,提出装配式梁桥概率地震需求模型建立方法。利用典型装配式梁桥为计算实例,通过有限元软件OpenSees建立了分析模型。根据场地类型,选取20条地震波进行非线性时程分析,通过调幅得到380个计算工况。利用回归分析建立工程需求参数和地震动强度指标关系,并获得给定地震动强度指标下地震需求易损性。     

厦门沿海某超高层建筑结构风致振动动力特性研究

现场实测是获得结构风致振动动力特性参数的一种较为可靠的手段和方法。通过对厦门沿海某超高层建筑在台风登陆时进行现场原型实测,得到了该建筑结构的第10层、18层、23层、28层、33层和36层的加速度响应时程数据和固有频率及振型等结构的动力特性。根据实测加速度数据,利用随机减量法提取结构两方向的前3阶固有频率对应的阻尼比,结果表明：由于实测时台风风速较大,导致结构风致响应较为显著,因此结构两个方向第1阶阻尼比值在7%左右,明显大于另外两阶阻尼比;两方向第1阶阻尼比与加速度呈非线性关系,阻尼比随加速度的增大而增大。采用ANSYS软件建立该超高层建筑的3D有限元分析模型并进行模态分析,提取该模型的前3阶固有频率和振型,与实测结果进行对比分析,结果较为吻合,由此说明所建立的3D有限元分析模型正确可靠。     

消能减震建筑结构的附加有效阻尼比估计

为估计一栋实际消能减震建筑结构在地震作用下的附加有效阻尼比,提出了一种基于有限元模型修正技术的阻尼比估计和验证方法。考虑到结构初始有限元模型存在较大模型误差,采用基于结构振动模态参数的直接模型更新方法修正初始有限元模型,其中,对于实测振型不完整问题,利用振型扩阶方法补充完整振型。基于模态应变能概念,利用整体结构模态参数识别值,推导了油阻尼器支撑系统附加给结构的有效阻尼比和有效频率的计算公式,并估计了主体结构的频率和阻尼比。以一组实际地震动监测数据为例,采用建议方法估计有效阻尼比和有效频率,通过对比修正模型的预测响应与实际监测数据,验证了建议方法的有效性。     

基于环境激励的藏式古城墙动力特性研究

藏式古城墙具有很高的历史文化价值，但历经数百年风雨侵蚀后，普遍存在较严重的病害，影响其安全性能。为获取藏式古城墙的动力特性，进而为藏式古建筑性能的精准评估提供重要依据，采用环境激励法对某藏式古城墙进行现场动力测试。基于环境激励数据，利用协方差驱动的随机子空间法进行模态参数识别。通过一经典算例验证该方法识别模态参数的精度。同时结合随机减量技术及协方差随机子空间方法，得到城墙平面外振动的频率、振型与阻尼比。最后，考虑阻尼比机理复杂、识别误差较大的问题，基于卡美罗下界(Cramer-Rao lower bound)对城墙阻尼比进行进一步精确估计，从而得到变异性更小的阻尼比识别结果。以E段城墙为例，卡美罗下界法比基于随机减量技术的随机子空间法、节约时域法识别阻尼比的离散性更小，变异系数分别从0.273、0.290减小到0.046。     

随机子空间法在海上风电结构模态参数识别中的应用

频率、阻尼比等是海上风电结构动力分析的重要设计参数.但是,环境激励下海上风电结构实测振动响应噪声水平高、信噪比低,应用传统随机子空间方法(SSI)进行海上风电结构模态参数识别十分困难.对海上风电高桩承台基础进行现场测试,并对环境激励下海上实测数据进行模态参数识别,旨在获取结构频率及阻尼信息.为提升模态参数识别精度,应用奇异值分解技术实现模型定阶,模型阶次得到了合理确定;同时,应用稳定图分析技术,噪声模态得到有效识别.结果表明:结合模型定阶与稳定图分析技术,随机子空间法可以比较准确地获得环境激励下的海上风电基础结构的频率及阻尼信息.