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。     

改进贝叶斯谱密度法及其在超高层结构振动模态参数识别中的应用

基于白噪声激励的贝叶斯谱密度识别方法,可在识别出结构模态参数的同时,对识别结果的不确定性进行评估。在贝叶斯谱密度法(BSDA)的基础上,进一步提出适合有色噪声激励的改进参数识别方法(MBSDA),并对参数已知的合成信号进行参数识别。通过两种方法识别出的阻尼比、荷载等主要参数指标的对比表明,MBSDA比BSDA有较高的准确性。对位于深圳市高280 m的超高层建筑在近5年4次台风作用下的加速度响应时程进行参数识别,并评估结果的不确定性。结果表明:采用MBSDA和BSDA对结构频率进行识别,二者结果基本一致,但前者识别得到的模态阻尼比略高于后者;由4次台风作用下的加速度响应识别得到的阻尼比和结构振动加速度均方根之间不存在明显的统计相关性,所测超高层建筑的平均阻尼比为1.02%。     

环境激励下钢筋混凝土梁模态参数识别研究

基于频域解(FDD)的模态参数识别理论,采用加速度计测量了钢筋混凝土梁的振动响应信息,研究了环境激励下钢筋混凝土梁结构的模态参数识别。通过与理论计算结果分析对比表明,基于频域分解的模态识别方法在环境激励下较好地识别出了钢筋混凝土简支梁实验试件的模态参数。该方法可用于环境激励下钢筋混凝土梁结构的模态参数识别。     

SSI体系阻尼比实测及其分布规律研究

 阻尼比是结构动力分析的重要动力特性参数,目前规范采用的阻尼比是基于刚性地基或近似刚性地基的试验结果,未能考虑土与结构相互作用(SSI)效应。针对SSI效应问题,体系阻尼比的准确评估是其动力分析的重要前提。为了实现实际SSI体系阻尼比值较准确的识别,提出环境激励下SSI体系阻尼比测试与识别方法,并应用这一识别方法,给出西安及其周围地区82幢各类SSI体系基本等效黏滞阻尼比的实测识别结果。同时在实测阻尼比数据的基础上,初步研究实际SSI体系阻尼比的总体分布规律、影响因素和取值范围。     

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.     

环境激励下钢板组合梁桥模态参数识别

结构模态参数识别是结构健康监测领域的重点研究问题之一,主要应用于结构损伤识别、安全评估、模型修正等多个方面。文章以一座四跨连续钢板组合梁桥为例,根据设计图纸,利用SAP2000有限元软件建立其初始有限元模型。根据健康监测系统采集得到的加速度时程数据,分别利用随机子空间方法(SSI)和基于离散解析模式分解方法(DAMD)对实际结构的频率、振型、阻尼比进行识别,并将识别结果和有限元法计算结果进行对比。研究结果表明,文章所述的两种参数识别方法对桥梁固有频率均有较好的识别效果,对于所测得的加速度响应时程较短的工况条件下,利用基于离散解析模式分解的方法相比于传统随机子空间方法可以更准确地识别出桥梁结构的阻尼比。     

模拟环境激励下钢管混凝土拱桥模态分析

针对一钢管混凝土拱桥,通过白噪声信号模拟环境激励,结合随机子空间法获得拱桥模态参数,并和峰值法进行对比,说明环境激励下随机子空间法不仅能识别出结构的模态频率和阻尼比,也能准确提取结构的模态振型,适合大型复杂结构的模态分析。     

基于环境激励的双曲拱桥模态参数识别

为了比较现有模态参数识别算法的优劣,分别采用随机子空间(SSI)法、特征系统实现算法(ERA)、复指数法、随机减量法(ITD)、STD法、ARMA模型时间序列法对一钢筋混凝土双曲拱桥的模态参数进行识别。结果表明:SSI法、ERA法、复指数法、ITD法、STD法、ARMA模型时间序列法,准确度均较高,可用于实际工程结构模态频率识别;几种时域模态参数识别方法的阻尼比识别结果离散性较大,无法准确估计结构的阻尼比。     

立筒单仓模型动力测试与参数识别研究

以某粮库立筒仓结构单仓模型为研究对象,进行了环境激励测试方案和模态参数识别研究。结合单仓自身的结构特点,提出了切实可行的测点布置方案和分批测试方案。通过对测试数据进行预处理分析,消除了原始信号的趋势项,保留了所感兴趣的频率信号。利用时域模态参数识别方法识别得到了单仓有效的频率、阻尼比和振型,并与传统峰值拾取法识别结果进行了对比分析,实现了互补和验证。单仓研究结果可用于指导在役立筒仓结构的环境激励测试和模态参数识别研究。     

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。     

Variational mode decomposition based modal parameter identification in civil engineering

An out-put only modal parameter identification method based on variational mode decomposition (VMD) is developed for civil structure identifications. The recently developed VMD technique is utilized to decompose the free decay response (FDR) of a structure into to modal responses. A novel procedure is developed to calculate the instantaneous modal frequencies and instantaneous modal damping ratios. The proposed identification method can straightforwardly extract the mode shape vectors using the modal responses extracted from the FDRs at all available sensors on the structure. A series of numerical and experimental case studies are conducted to demonstrate the efficiency and highlight the superiority of the proposed method in modal parameter identification using both free vibration and ambient vibration data. The results of the present method are compared with those of the empirical mode decomposition-based method, and the superiorities of the present method are verified. The proposed method is proved to be efficient and accurate in modal parameter identification for both linear and nonlinear civil structures, including structures with closely spaced modes, sudden modal parameter variation, and amplitude-dependent modal parameters, etc.     

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...     

基于分布式同步采集的赛格大厦结构动力学参数识别

在大型复杂工程结构上进行现场模态测试时,由于结构规模体量大并存在空间隔断,导致数据采集设备与传感器之间快速布设数据传输线困难。因此,有必要解决不同位置分布式同步采集设备时间精确同步问题,研发易于快速安装的分布式数据采集和无线传输设备。为此,提出基于“北斗”卫星授时的结构振动分布式同步采集算法,集成分布式同步采集硬件与研发数据在线采集和无线传输软件,获取大型复杂工程结构不同空间位置时间同步动态响应,基于随机子空间算法自[JP2]动识别工程结构服役状态下真实的模态参数。在赛格大厦振动事件溯源工作中,该系统成功捕捉到5月20日12:00—13:00[JP]结构共振时第69层与桅杆底部的加速度响应,发现四次共振均以频率2.12 Hz振动主导。基于该系统在环境激励条件下的现场模态测试,识别结构前19阶动力学参数,发现频率2.12 Hz是主体结构弯扭耦合和桅杆面内对称振动模态。基于现场激振测试识别频率2.12 Hz对应的阻尼比,发现阻尼比随着振幅的增加突然减小然后逐步增加,较低的阻尼比是导致赛格大厦发生共振的原因之一。     

Structural dynamic parameter identification of Saige building based on distributed synchronous acquisition method

在大型复杂工程结构上进行现场模态测试时，由于结构规模体量大并存在空间隔断，导致数据采集设备与传感器之间快速布设数据传输线困难。因此，有必要解决不同位置分布式同步采集设备时间精确同步问题，研发易于快速安装的分布式数据采集和无线传输设备。为此，提出基于“北斗”卫星授时的结构振动分布式同步采集算法，集成分布式同步采集硬件与研发数据在线采集和无线传输软件，获取大型复杂工程结构不同空间位置时间同步动态响应，基于随机子空间算法自[JP2]动识别工程结构服役状态下真实的模态参数。在赛格大厦振动事件溯源工作中，该系统成功捕捉到5月20日12:00—13:00[JP]结构共振时第69层与桅杆底部的加速度响应，发现四次共振均以频率2.12 Hz振动主导。基于该系统在环境激励条件下的现场模态测试，识别结构前19阶动力学参数，发现频率2.12 Hz是主体结构弯扭耦合和桅杆面内对称振动模态。基于现场激振测试识别频率2.12 Hz对应的阻尼比，发现阻尼比随着振幅的增加突然减小然后逐步增加，较低的阻尼比是导致赛格大厦发生共振的原因之一。     

复杂结构动力特性脉动测试与分析

利用环境激励作为激励振源,测试了一复杂结构的脉动响应信号,并利用工程振动反演理论分析得到了该结构的固有频率、振型、阻尼比等动力特性。X、Y向基频及X、Y向第一振型与理论计算值吻合较好,X、Y向基频对应的阻尼比约为3.4%。     

大跨度圆竹拱结构动力测试及有限元模型修正

为深入研究圆竹结构的结构动力性能,以2019年北京世界园艺博览会国际竹藤组织馆为对象,研究其大跨度圆竹拱结构的动力特性.采用现场实测的试验方法对该圆竹拱结构进行动力测试,获得了该结构加速度响应信号,采用峰值拾取法与随机子空间识别法对响应信号进行分析并获得了该结构的固有频率、振型及阻尼比.同时,基于实测模态参数对该圆竹拱...     

Aerodynamic damping properties of two transmission towers estimated by combining several identification methods

Based on full-scale measurement data, we report on several aerodynamic damping properties of two transmission towers under conditions of strong winds. In estimating the damping ratio from data that contain many components of close frequencies of tower and conductor vibrations, we cannot estimate the damping ratio of each component if we use an estimation method available for only a single-degree-of-freedom system. Therefore, we combined several identification methods and are introducing a new method of estimating damping properties. This method is applicable to the response record of a multi-degree-of-freedom system such as the coupled structure of a transmission tower-and-conductors. Using the new estimation procedure, we were able to extract the component of every vibration mode of the towers from a measured time history and estimate the accurate damping ratios individually; and, our results revealed that the wind speed dependency of the aerodynamic damping property of the coupled tower-and-conductors system had wide differing characteristics depending on the vibration mode. Moreover, using a three-dimensional nonlinear analysis, we discuss, in detail, the effects of the progressive deformation of a transmission-conductor-plane due to an increase in wind speed on the development of the aerodynamic damping of the coupled tower-and-conductors system.     

网架模型结构模态分析的试验研究

实验模态分析是综合运用线性振动理论、动态测试技术、数字信号处理和参数识别等手段,进行系统识别的过程。模态分析是有效的结构检测和安全评估的方法之一,它是根据测量模态参数(固有频率、阻尼比、振型、模态刚度、模态质量)相对于正常值产生的变化,并通过相关分析与识别来判断结构安全程度的一种先进方法。本文通过对网架模型结构进行试验模态分析,研究了试验模态技术在实际运用中的试验方法,识别系统的模态参数并与有限元分析进行比较,有限元结果与实测频率有一定的不同,但前四阶模态频率的差值百分比均在9%以内,说明实测的结果与有限元分析是比较吻合的。