基于环境激励的ERA方法在网架结构振动测试中的应用研究

基于环境激励的结构振动测试的方法中ERA方法是重要的时域分析方法.本文主要是以随机减量法(RD)和NExT两种数据处理方法结合ERA算法,对绥化学院正在建的网架结构的基本模态参数进行测试.通过分析比较得出RD/ERA和NExT/ERA较直接ERA有更高的精度,且实测分析结果与有限元分析结果较吻合.为网架结构在环境激励下用ERA方法测试模态参数提供了实验依据.     

佛开高速九江大桥模态测试与分析

对主跨为160m的预应力砼变截面连续梁桥佛开高速九江大桥进行了理论与实验模态分析．首先介绍了环境激励条件下现场模态测试布置及过程,利用随机子空间法（SSI）进行了桥梁模态参数识别．建立了桥梁有限元模型．并对理论和实验模态分析结果进行了比较和讨论。实验与有限元计算结果在竖向模态频率及振型上总体吻合较好。测试结果可以为有限元模型修正提供依据：模态测试与有限元分析相结合．可以为桥梁长期健康监测和损伤评估提供较可靠的基准模型。     

钢-混凝土叠合梁自锚式悬索桥动力特性测试分析

针对钢-混凝土叠合梁自锚式悬索桥的结构特点,在总结以往大跨径桥梁有限元模型的基础上,采用组合有限元法以梁、板、杆、索单元建立邵阳市桂花大桥三维有限元模型,计算分析获得结构的主要频率和振型。通过现场测试获得大桥环境激励和行车激励作用下的响应时程,分析得到结构的主要频率、振型和阻尼比,引入模态置信因子对计算模态信息和实测模态信息进行比较分析,以验证数值模型和实测结果的准确性。研究结果可为全面了解钢-混凝土叠合梁自锚式悬索桥的动力特性、准确预测结构的动力响应以及类似桥梁的抗震、抗风设计提供重要依据。     

基于振动台试验的RC框架模型修正及模拟损伤识别

利用有限元模型修正技术综合利用理论建模和实验建模的优点,可以得到更加符合结构实际的基准模型,为结构动力分析、损伤诊断及健康监测提供更可靠的依据。基于一12层钢筋混凝土框架模型振动台试验测点加速度记录,采用特征系统实现算法对该模型结构进行模态参数识别,识别结果与有限元分析结果之间存在明显的差异。采用基于灵敏度分析的参数型有限元模型修正技术,选择识别精度较高的实测模态频率为修正基准,以构件的弹性模量和密度为修正参数,对该框架的初始有限元模型进行了修正,得到基准有限元模型。进一步以基准有限元模型为标准,以构件弹性模量的降低模拟结构的损伤,对两种假设工况下的损伤结构进行修正,得到构件弹性模量的变化值并与假设的降低值对比,验证了有限元模型修正技术在结构损伤识别中应用的可行性。     

钢筋混凝土加劲桁架悬索桥的模态分析

采用ANSYS软件对钢筋混凝土土加劲架悬索桥进行有限元分析，提出较为准确的建模方法和最优初始应变的取值条件，使计算结果能满足工程分析精度要求。在此基础上进行了模态分析，计算了钢筋混凝土加劲杵架悬索桥的动力特征及主要结构参数对动力学特性的影响，并对福建三明下洋悬索桥进行实桥测试与分析比较，研究结果有助于对该类悬索桥力学性能的认识。     

某高层建筑结构动力测试与抗震性能分析

通过测试高层建筑结构在自然环境激励下的动态响应信号,进行动力参数识别,可以验证理论计算结果的准确性,为建筑结构安全评估及损伤识别提供依据,为结构抗震计算和设计提供重要指标。针对某办公楼首先采用脉动法进行动力测试,获得了其固有频率和振型。最后,运用有限元方法对该结构进行模态分析和抗震计算,结果表明:实测动力特性结果与计算结果符合较好,结构抗震承载力满足要求,利用该检测方法可以较好的把握结构的整体性能。     

无填充墙基础隔震RC框架在环境激励下的动力特性

对一基础隔震钢筋混凝土框架结构在无填充墙情况下进行了环境激励下的动力测试,重点利用Hilbert-Huang变换与随机减量技术相结合的方法识别了其模态参数,并与随机子空间识别法、有理分式多项式法识别的结果进行了对比。识别结果表明在环境激励下,基础隔震结构的基本周期远小于多遇和罕遇地震工况下设计计算的基本周期;等效黏滞阻尼比很小,近乎于基础固定模型。对隔震层阻尼特性的分析表明,环境激励下可以将基础隔震结构视为经典的比例阻尼系统。进一步以识别的模态参数为基准,采用优化的方法数值反演了环境激励下该结构隔震层的实际水平等效刚度,结果表明其值为多遇地震下计算刚度取值的10.75倍。     

基于Hilbert-Huang变换和随机子空间识别的模态参数识别

基于Hilbert-Huang变换和随机子空间识别技术提出了两种土木工程结构的模态参数识别方法。方法一是基于Hilbert-Huang变换和自然激励技术,通过经验模态分解和Hilbert变换提取信号的瞬时特性,进而利用自然激励技术和模态分析的基本理论识别结构的模态参数;方法二是基于经验模态分解和随机子空间识别技术,通过经验模态分解对信号进行预处理,进而运用随机子空间识别方法处理得到的结构单阶模态响应以识别结构的模态参数。利用这两种方法,通过对一12层钢筋混凝土框架模型振动台试验测点加速度记录的处理,识别了该模型结构的模态参数。识别结果与传统的基于傅里叶变换的识别结果及有限元分析结果的对比验证了这两种方法的可行性和实用性。     

保国寺大雄宝殿抗震性能分析及加固对策探讨

通过对保国寺大殿结构振动特性现场测试,得到大殿时程分析和频谱分析,结合建筑结构、材料以及使用现状,建立有限元分析模型,并用模态分析验证该建模的真实性。结合宁波地区场地条件,通过该有限元模型在不同烈度地震作用下的反应,评定地震破坏程度。根据现场调查及模型分析结果给出保国寺大殿维护与加固建议。     

基于自然激励技术和FT时移特性的模态阻尼比识别方法

基于环境激励下结构动力响应信号分析与处理识别结构的模态参数,是结构健康监测和损伤诊断的一个重要环节,目前为止,要得到较为可靠的识别结果仍有一定困难,尤其是模态阻尼比。基于自然激励技术和傅里叶变换的时移特性,提出了一种新的结构模态阻尼比估算方法,通过理论推导和仿真算例验证了该方法的可行性,进而利用一刚构-连续组合梁桥在环境激励下的动力测试数据,通过该方法对其阻尼比进行了识别,并将识别结果与数据驱动随机子空间法的识别结果进行了对比。结果表明:提出的方法可以减轻噪声影响,得到可接受的识别结果,可为大型工程结构阻尼比的识别提供一个方便和有效的途径。     

三向地震作用下砌体结构抗震性能研究

本文首先介绍了两个砌体结构模型在三向地震作用下的地震模拟振动台试验，在此基础上，运用参数识别技术，对试验数据进行了参数识别计算，最后，分析了三向地震作用对砌体结构抗震性能的影响。     

Morlet 小波用于环境激励下的模态参数识别研究

本文分别从卷积和Parseval定理的角度推导了非正交小波变换系数的实用计算方法。在环境激励下以互相关函数代替系统的自由响应数据,给出了基于Morlet小波变换的频率、阻尼比的参数识别方法,重点介绍了基于最小二乘法的振型识别技术。采用2层楼仿真算例和潮白河桥应用实例验证本算法,识别结果表明基于Morlet小波变换的模态参数识别技术能够有效地识别出环境激励下系统的模态参数。     

Blind modal identification of output‐only structures in time‐domain based on complexity pursuit

Output‐only modal identification is needed when only structural responses are available. As a powerful unsupervised learning algorithm, blind source separation (BSS) technique is able to recover the hidden sources and the unknown mixing process using only the observed mixtures. This paper proposes a new time‐domain output‐only modal identification method based on a novel BSS learning algorithm, complexity pursuit (CP). The proposed concept—independent ‘physical systems’ living on the modal coordinates—connects the targeted constituent sources (and their mixing process) targeted by the CP learning rule and the modal responses (and the mode matrix), which can then be directly extracted by the CP algorithm from the measured free or ambient system responses. Numerical simulation results show that the CP method realizes accurate and robust modal identification even in the closely spaced mode and the highly damped mode cases subject to non‐stationary ambient excitation and provides excellent approximation to the non‐diagonalizable highly damped (complex) modes. Experimental and real‐world seismic‐excited structure examples are also presented to demonstrate its capability of blindly extracting modal information from system responses. The proposed CP is shown to yield clear physical interpretation in modal identification; it is computational efficient, user‐friendly, and automatic, requiring little expertise interactions for implementations. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

Discussion of user-defined parameters for recursive subspace identification: Application to seismic response of building structures

Structural damage assessment under external loading, such as earthquake excitation, is an important issue in structural safety evaluation. In this regard, an appropriate data analysis and system identification technique is required to interpret the measured data and to identify the state of the structure. Generally, the recursive system identification algorithm is used. In this study, the recursive subspace identification (RSI) algorithm based on the matrix inversion lemma algorithm with oblique projection technique (RSI-Inversion-Oblique) is applied to investigate the time-varying dynamic characteristics. The user-defined parameters used in the RSI-Inversion-Oblique technique are carefully discussed, which include the size of the data Hankel matrix (i), model order to extract the physical modes, and forgetting factor (FF) to detect the time-varying system modal frequencies. Response data from the Northridge earthquake from the Sherman Oaks building (CSMIP) is used as an example to examine a systematic method to determine the suitable user-defined parameters in RSI. It is concluded that the number of rows in the data Hankel matrix significantly influences the identification of the time-varying fundamental modal frequency of the structure. An algorithmic model order selection method using the eigenvalue distribution of RSI-Inversion can detect the system modal frequencies at each appending data window without causing any abnormality.     

考虑震害因子耦合作用的砌体建筑群破坏概率模型研究

砌体建筑群在地震中往往破坏严重损失巨大,合理评估地震作用对不同种类砌体结构造成破坏的风险变得至关重要。传统基于后验概率的地震危险性分析方法忽略了砌体建筑个体差异性的影响,未深入考虑多种震害因子的耦合作用。本文以华南地区砌体建筑群为例,开发了一种集成概率方法来对城市砌体结构的破坏风险进行建模,考虑建筑年代、层数、使用用途和墙厚四类震害因子的耦合影响,采用(Kolmogorov-Smirnov)K-S检验,在设定地震动参数下选取Gaussian分布、Log-Normal分布、Gumbel分布和Beta分布四种概率分布对该地区砌体建筑物的破坏状态概率分布参数进行拟合。通过均方根误差(Root Mean Square Error)RMSE进行拟合优度评价,最终建立基于Gaussian分布和Log-Normal分布的砌体建筑物破坏联合概率模型。最后,以华南地区三个城市典型砌体建筑物为例进行实例对比验证,将基于本文建立的建筑破坏概率模型推算出的砌体建筑群震害矩阵与基于单体结构分析得到的震害矩阵进行对比,与理论值最大偏差为0.033 3。研究表明：本文构建的集成概率方法能够获得更加合理的城市砌体建筑...     

基于经验模式分解的随机子空间识别方法

提出了基于经验模式分解（EMD）的环境激励结构模态参数随机子空间识别（SSI）方法。该方法用设置间断频率的EMD将结构环境振动响应原始信号分解成若干个基本模式分量（IMF）,使每一个基本模式分量仅为结构的某一阶固有模态,进而用随机子空间方法进行模态参数识别。实桥环境振动实验分析结果表明,该方法能有效地避免结构各阶模态之间的相互影响,能够更清晰方便地得到结构的模态参数。     

基于模态曲率法的大跨度斜拉桥损伤识别

大跨度斜拉桥是重要的交通结构,研究其在主梁损伤条件下的损伤定位问题具有重要的工程价值。合理选择设计参数并对其进行敏感性分析,根据现场实测的桥梁动力特性数据,通过调整选定的设计参数对初始的有限元模型进行修正。在基准有限元模型的基础上,通过模拟不同位置和不同程度的主梁损伤,探讨了模态曲率法对结构损伤识别的有效性。结果表明,模态曲率法能够对大跨斜拉桥进行初步的损伤定位,确定主梁单处损伤和多处损伤的损伤位置;对于单处损伤,在噪声水平3%的情况下仍具有较好的适用性。从而为后期更为精确的桥梁结构损伤检测提供依据。     

System identification and modeling of a dynamically tested and gradually damaged 10‐story reinforced concrete building

This paper discusses the dynamic tests, system identification, and modeling of a 10‐story reinforced concrete building. Six infill walls were demolished in 3 stages during the tests to introduce damage. In each damage stage, dynamic tests were conducted by using an eccentric‐mass shaker. Accelerometers were installed to record the torsional and translational responses of the building to the induced excitation, as well as its ambient vibration. The modal properties in all damage states are identified using 2 operational modal analysis methods that can capture the effect of the wall demolition. The modal identification is facilitated by a finite element model of the building. In turn, the model is validated through the comparison of the numerically and experimentally obtained modal parameters. The validated model is used in a parametric study to estimate the influence of structural and nonstructural elements on the dynamic properties of the building and to assess the validity of commonly used empirical formulas found in building codes. Issues related to the applicability and feasibility of system identification on complex structures, as well as considerations for the development of accurate, yet efficient, finite element models are also discussed.