基于监测信息的大跨空间钢结构模态频率温度影响分析

研究大跨空间钢结构模态频率的环境变异性是准确把握结构动力特性的重要基础,本文分析了温度对结构模态频率的影响机理,并用网架结构数值模型进行了验证。利用奇异熵增量对随机子空间方法进行系统定阶,识别了不同环境温度下国家游泳中心大跨空间钢结构的模态频率,分析了温度与频率的关系。结果表明大跨空间钢结构的竖向模态频率与温度负相关,低阶模态频率变化率大于高阶模态,并呈单调递减趋势。温度对大跨空间钢结构模态频率的影响不可忽视,在损伤识别等研究中应考虑环境温度的影响。     

大跨斜拉桥环境模态频率识别的最大熵法研究

大跨斜拉桥结构的振动特性随环境与运营条件的变化表现出时变的特征。本文对润扬大桥斜拉桥结构的实测加速度响应信号采用复模态指示函数法(CMIF法)进行了模态参数识别,在此基础上采用最大熵法对实测模态频率的不确定性进行了分析。分析结果表明,环境温度的变化对斜拉桥模态频率的影响是长期性的趋势,而交通荷载和风荷载对模态频率的影响则由于荷载的非平稳性呈现瞬时的颤动变化。采用最大熵法较好地改善了润扬大桥斜拉桥的环境模态频率识别效果,有效地减少了实测模态频率因车辆和风荷载随机因素影响的变异性。     

大跨空间网格结构风振系数探讨

频域法是大跨空间网格结构风振响应实用计算的首选方法，而大跨空间网格结构是频率密集性结构，现在常规的模态分析法已不适合对大跨空间网格结构进行风振响应分析。我国现在仍是采用高耸或高层结构的荷载规范，只取结构的第一阶频率计算风振系数，按此方法进行大跨空间网格结构的风振分析是很不合理的。本文根据模态对系统应变能的贡献，提出了一种简单、有效的方法来计算大跨空间网格结构的风振系数，并通过算例对所提出的方法进行了验证。     

钢结构大跨度提篮拱桥的温度效应分析及实践

钢结构大跨拱桥内力和变形易受温度效应的影响，为选择施工时环境温度合适的预拱度，以钢结构提篮拱桥为研究对象，建立其参数模型，并应用有限元分析软件ANSYS对其温度效应进行了分析，得到在不同的环境温度下钢结构拱桥的变形和应力情况，根据计算结果提出对拱桥预拱度的修正值，从而为设计和施工提供理论依据和参考。     

大跨斜拉桥拉索频率识别的环境变异性研究

为了研究大跨斜拉桥拉索振动频率的环境时变特征,本文对苏通大桥斜拉桥的拉索振动响应进行了模态频率识别,并详细地考察了日常运营条件下实测模态频率的环境变异性。分析结果表明,温度的变化对斜拉桥拉索各阶振动频率的影响很小,相反,交通荷载与拉索实测模态频率存在较为明显的相关关系,即拉索各阶振动频率基本随车流量增大而线性增大。在此基础上,本文建立了基于模糊模式识别的拉索异常状态预警方法,实现了对拉索振动频率异常的在线监测与预警。     

车辆荷载作用下简支梁桥动力特性分析及模态参数识别

为研究车辆荷载作用对简支梁桥结构动力性能的影响,对车辆荷载作用下的简支梁桥进行能量分析并采用随机子空间法(SSI)和RDT-STD法对简支梁桥进行模态参数识别研究。分析不同车速激励下的桥梁能量分布情况,对比不同模态参数识别方法的频率、阻尼和振型的识别结果。结果表明:随着车速的增加,简支梁桥的加速度幅值不断增大,能量向高频段偏移,更容易激发结构的高阶模态;随机子空间法(SSI)和RDT-STD法均能有效识别出简支梁桥的竖向频率,SSI法对于简支梁桥频率和阻尼的识别精度高于RDTSTD法,但两种识别方法对阻尼的识别相对误差较大,且存在一定的离散性。     

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。     

大跨空间桁架结构谱分析

大跨空间结构广泛应用于大型建筑物中,为保证建筑物的安全,需要对大跨结构进行抗震分析。文中采用ANSYS对某大跨空间结构进行了模态分析,得到了结构的前5阶自振频率。对结构进行了地震反应谱分析,得到了结构在地震反应谱作用下的最大挠度。根据计算结果,大跨结构的抗震性能满足工程要求。     

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。     

两座高耸结构基于RSV-150激光测振仪的环境振动实测与模态识别

针对一座高23m的特种钢结构与一座高300m的钢筋混凝土电视塔,采用RSV-150超远工作距离激光测振仪,开展了结构在环境激励下的振动实测与模态参数识别。作为一种非接触式的测量方式,激光测振仪具有操作简单、测量便捷等优点。采用了基于随机子空间方法的结构模态识别算法,对实测到的结构速度响应进行了模态分析。分析结果表明,该算法具有精度高、稳定性好的优点,可以有效地获取结构的自振频率与阻尼。选择结构的不同部位作为激光测振的反射点,对实测的自振频率影响不大,结果离散性较小。进行了结构的简化有限元分析,数值模拟获得的模态信息与实测结果之间有较好的对应性,验证了试验方法的可靠性。     

混凝土石膏复合墙板试点工程动力特性测试与分析

通过实测复合墙板试点工程结构的动力反应,获得了结构的自振频率、振型和阻尼比等模态参数。提出一种适用于工程界广泛采用的SATWE建模的材料等效简化方法。采用此方法对试点工程进行的分析计算表明,计算和实测的基本振型吻合较好。对结构进行的地震反应分析结果表明,结构抗震性能良好。     

车辐式索桁架模态分析与试验研究

通过对跨度为60m的圆形车辐式索桁架屋盖按照1:10缩尺模型进行模态分析和模型试验,考察了拉索预应力、矢跨比及内外环直径比3个参数变化对结构自振特性的影响,对比分析了前4阶振型的试验结果与理论计算结果。结果发现:结构第1、2阶振型为反对称上下振动,第3阶为内环扭转振动,第4阶为内环相对扭转振动;试验和理论结果误差在10%以内,试验振型与理论振型基本吻合;前4阶振型的频率均在10Hz以上,表明车辐式索桁架结构为低频动力响应,自振频率较小且分布密集;预应力水平越高,振型频率越大,则结构刚度越大;矢高增加,结构频率随之减小,结构更容易发生侧向失稳;内外环直径比越大,结构扭转刚度相对会减小,容易发生扭转失稳。     

Blind Modal Identification in Frequency Domain Using Independent Component Analysis for High Damping Structures with Classical Damping

Output‐only modal identification methods are practical for large‐scale engineering. Recently, independent component analysis (ICA) which is one of the most popular techniques of blind source separation (BSS) has been used for output‐only modal identification to directly separate the modal responses and mode shapes from vibration responses. However, this method is only accurate for undamped or lightly damped structures. To improve the performance of ICA for high damping structures, this article presents an extended ICA‐based method called ICA‐F, which establishes a BSS model in frequency domain. First, the basic idea of BSS and ICA applied in modal identification is introduced in detail. The free vibration responses and the correlation functions of ambient responses can be cast into the frequency‐domain BSS framework just by mapping the time history responses to frequency domain through fast Fourier transform (FFT). Then, an ICA‐based method in frequency domain called ICA‐F is proposed to accurately extract mode shapes and modal responses for both light and high damping structures. A simulated 3 degree of freedom mass‐spring system and a 4‐story simulated benchmark model developed by the IASC‐ASCE Task Group in Health Monitoring are employed to verify the effectiveness of the proposed method. The results show that the proposed method can perform accurate modal identification for both light and high damping structures. Finally, the IASC‐ASCE experimental benchmark structure is also utilized to illustrate the proposed method applied to practical structure.     

大跨度非对称悬索桥的颤振稳定性研究

为了研究大跨度非对称悬索桥在不同非对称类型下的颤振稳定性,以主跨为628 m的某主缆不等高支承悬索桥为工程背景,基于全模态的三维频域颤振分析方法对悬索桥进行颤振稳定性分析。利用ANSYS建立了主缆不等高支承(支承高差0～40 m)和边跨跨度非对称(边跨跨度差0～40 m)悬索桥有限元分析模型,并编制相应双参数搜索迭代的APDL计算程序进行三维颤振稳定性分析。结果表明:在构造不等高支承悬索桥时,随着支承高差的增大,低阶模态频率变化较小,高阶模态范围逐渐减小; 弯扭频率比随着支承高差增加而不断减少,高差越大弯扭频率比降低越快; 桥梁颤振临界风速随着支承高差增大而不断降低,使得由于主缆不等高支承高差所引起的非对称结构形式对大跨度悬索桥梁结构的颤振稳定性有所降低; 在构造边跨跨度非对称悬索桥时,弯扭频率比随着边跨跨度差增加而减小; 随着支承跨度差的不断增大,悬索桥梁结构的颤振临界风速不断减小,但减小幅度很小,影响不大,在边跨跨度差较小时几乎可以不考虑对悬索结构的颤振稳定性影响。     

U形钢板-混凝土高强螺栓连接组合空腹夹层板楼盖舒适度实测与研究

大跨度楼盖结构人员舒适度控制指标为竖向振动频率及竖向振动加速度。以黑龙江中医药大学文体中心B区的57 m×39 m+57 m×36 m双跨多层（地下1层、地上3层）工程为例,利用环境激励,采用频域法模态拟合方法对该结构进行了现场竖向振动模态测试,获得了该楼盖结构前4阶竖向自振频率、振型及竖向加速度,并采用有限元方法对结果进行了分析与评价。研究结果表明：楼盖竖向1阶振动频率的有限元分析和测试结果均满足现行规范要求;楼盖竖向峰值加速度实测结果满足小于0.005g的要求,不会引起人体的不舒适;有限元方法计算频率比实测结果偏高,是因约束条件不同所致,故设计中需要考虑楼盖与柱的刚性连接。     

基于模态参数的隐框玻璃幕墙结构胶损伤检测

本文针对幕墙玻璃突发性自爆或松动脱落并导致城市灾难事故等问题,将基于模态参数的损伤检测方法应用于隐框玻璃幕墙结构胶的损伤与老化程度识别中。通过试验,研究了结构胶的界面脱胶和老化对幕墙玻璃板模态参数的影响。结果表明,结构胶脱胶位置处的玻璃模态位移振型比未损伤时振幅明显增大,频率随脱胶长度的增大而降低;随着结构胶的老化时间的增长,结构胶对玻璃的粘结作用力不断下降,玻璃的固有频率变化率也不断增大,因而可通过频率变化率来识别结构胶的老化程度。     

某多层砌体教学楼环境振动试验及其模态分析

本文进行某多层砌体结构教学楼环境振动试验,利用基于传递率参数识别方法进行教学楼动力参数识别,并与该楼MI-DAS三维有限元模型理论计算结果进行比较,得出一些有价值的结论。     

Studies on damping behavior of vertically mixed structures with upper steel and lower concrete substructures

This paper presents 2 models to simulate the damping behavior of a 12‐story vertically mixed structure with upper steel and lower concrete substructures (S/RC structure). One is the modal strain energy damping model based on modal damping ratio. The other is the assembled Rayleigh damping model based on damping matrix that is obtained by combining Rayleigh damping matrix of steel components with that of concrete ones. Then a 12‐story S/RC frame and a 12‐story RC frame are designed and used for shaking table test. Based on the test, the expressions for the damping behavior of steel and concrete substructures of the S/RC frame are derived, and these expressions are utilized to form 2 different damping models of the S/RC structure separately. By comparing the damping behavior of the 2 models in analysis with what has been identified in the tests, the feasibility of the 2 models are assessed in both frequency domain and time domain. Theoretical analysis and experimental results show that the assembled Rayleigh damping model is not applicable to conventional modal analysis because of its nonproportional characteristics. However, the modal strain energy damping model based on equivalence of the dissipated modal strain energy of structure, which embodies the essence of damping, can give better predictions on damping behavior of the S/RC frame in both time and frequency domains. Finally, some suggestions are put forward on the selection of damping parameters in practical seismic design for vertically mixed structures.     

环境激励下结构模态参数的识别方法

传统的模态参数识别方法同时需要已知激励和响应信号,但对实际建筑结构,激励施加存在困难。探讨了基于环境激励下的模态参数识别方法,提出采用随机减量法和ITD（Ibrahim Time Domain）法相结合来识别实际结构的模态参数。数值仿真算例识别结果表明,该方法不仅能准确的识别出结构的模态频率和阻尼比,也能准确的提取结构的模态振型,适合于环境激励下的结构工作模态参数识别。     

建筑结构损伤识别的一种方法

将建筑结构简化为层剪切模型,基于模态频率对刚度的灵敏度,运用最小二乘原理,采用迭代寻优的方法,根据被测试的建筑物的固有频率,识别出系统的层间刚度.算例表明迭代速度快、精度高,通过和损伤前刚度的比较,能够准确地识别出结构损伤的位置和损伤量.