基于OMA试验模态参数的砌体结构有限元建模及修正

依托重庆新红岩隧道工程,选典型2层砌体结构进行隧道施工爆破振动激励的OMA试验,采用等效体积单元法建立能准确反映砌体结构真实动力特性的有限元模型;探讨砌体用不同材料模型所得分析频率与实测频率误差及二者振型相关性;据OMA试验模态参数,基于砌体与混凝土材料参数的结构固有频率灵敏度分析,选择合适的修正参数进行有限元模型修正研究。结果表明,二层砌体结构前4阶固有频率位于9~25 Hz;较用各向同性模型而言,砌体采用各向异性模型时计算所得前4阶频率与实测频率值更接近,振型相关性更好;修正有限元模型中材料密度、弹性模量、剪切模量后频率与实测频率间误差明显减小,结构模型动力特性更符合实际,正交各向异性材料模型修正最准确。     

环境激励下基础隔震结构的主要动力特性研究

通过对两栋基础隔震建筑在环境激励下的振动测试,运用随机子空间识别法和有理分式多项式法分别识别了结构的模态频率、振型和模态阻尼比。识别结果表明在环境激励下,基础隔震结构的基本频率远大于设计计算多遇地震工况下的基本频率;等效黏滞阻尼比很小,与未隔震结构的阻尼比相当,可以将基础隔震结构视为经典的比例阻尼系统。进一步以其中一栋为研究对象,以识别的模态参数作为修正基准,采用多目标优化的方法反演了环境激励下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10.9倍。最后,基于反演的实际隔震层的水平等效刚度对结构的初始有限元模型进行了修正,并对修正后的模型进行了数值分析,分析结果与实际测试结果的对比表明修正后的模型可以更好地反映基础隔震结构在环境激励下的动力特性。     

上海卢浦大桥主桥动力特性测试研究

介绍上海卢浦大桥(目前世界上最大跨径的钢箱系杆拱桥)的动力特性的测试和分析.现场测试采用环境激励方法,并对测点进行了优化.使用多种先进的OMA模态分析方法对大桥进行了分析和对比,使得模态试验分析结果更为可靠.识别出结构最重要的前12阶模态频率、阻尼比及振型.并和有限元计算结果进行了对比,两者的一致性非常好.进一步讨论了实测结果与空间有限元计算结果之间的异同,并分析了原因.     

开放系统悬臂类结构的动力特性计算方法

结构总是修建在一定的场地而形成土-结构相互作用的开放系统。为解决开放体系下悬臂类结构的自振频率、振型和考虑辐射阻尼下模态阻尼比的计算问题,提出了脉冲荷载响应模态分析法。该方法采用直接有限元法建立土-结构相互作用有限元模型,对结构施加脉冲荷载得到结构动力反应后,由模态识别方法计算结构的动力特性。随后,以一个悬臂类五层框架结构为例研究了计算动力特性随土体计算范围变化的规律和脉冲荷载激励点位置对计算结果的影响。在此基础上,讨论了土体材料阻尼对模态阻尼比的影响,并与集总参数模型和直接模态分析法进行对比,说明不同方法的计算精度。计算结果表明,随着土域计算范围的增加,脉冲荷载响应模态分析法所得的动力特性将逐渐收敛到精确解;当土体计算范围大于结构基频所对应的波长的2倍时,结构自振频率的误差小于1%,模态阻尼比的误差小于5%;以非模态节点作为激励点都可以得到比较精确的结果;三参数集总参数模型所得模态阻尼比存在显著误差,直接模态分析法所得模型的基频随土域范围增大而趋向于零;相比于辐射阻尼,土体材料阻尼对结构的各阶模态阻尼比的影响较小。     

多维AR模型在桥梁模态脉动分析法中的应用

本文研究多维一阶AR模型在桥梁模态脉动测试分析法中的应用。文中首先介绍了结构模态分析的脉动测试法的基本原理。着重说明了在该法中应用多维AR模型的有关问题,包括采样间隔△,数据长度N的取值范围及其对分析结果的影响;对输入(地脉动)信号的要求以及实际应用步骤。最后以一座实际桥梁为例,利用实测结构脉动位移响应和速度响应建立的多维一阶自回归模型分析了该桥的自振频率、阻尼比和振型等模态参数。分析结果和有限元计算结果的对比说明了这种方法的实用性。     

脉动风激励下格构式输电塔动力特征识别EI北大核心CSCD

准确获得模态特征是输电塔抗风抗震等动力响应分析的关键,其中阻尼参数识别尤为重要。以一基85.5 m高的输电塔为背景,对输电塔的动力特性参数识别进行了研究。根据脉动风作用下实测加速度响应特征,假设信号分段平稳,采用随机子空间法识别了该塔的频率和阻尼比特征。研究结果表明:该输电塔一阶横线向和顺线向模态阻尼比大于2%,而一阶扭转模态阻尼比仅为1%;在加速度不高于0.1 m/s^2的小振幅振动范围内,阻尼比基本上与振幅无关,识别结果为小振幅下的结构固有阻尼。     

脉动风激励下格构式输电塔动力特征识别

准确获得模态特征是输电塔抗风抗震等动力响应分析的关键,其中阻尼参数识别尤为重要。以一基85.5 m高的输电塔为背景,对输电塔的动力特性参数识别进行了研究。根据脉动风作用下实测加速度响应特征,假设信号分段平稳,采用随机子空间法识别了该塔的频率和阻尼比特征。研究结果表明:该输电塔一阶横线向和顺线向模态阻尼比大于2%,而一阶扭转模态阻尼比仅为1%;在加速度不高于0.1 m/s~2的小振幅振动范围内,阻尼比基本上与振幅无关,识别结果为小振幅下的结构固有阻尼。     

基于环境激励的钢管混凝土拱桥工作模态识别及修正

为了对已经运营多年的钢管混凝土拱桥结构的抗震性能进行验算和评估,以一座钢管混凝土拱桥的实际工程为例,建立其用于抗震分析的初始有限元动力模型,利用设置在拱桥上的健康监测系统,在环境激励下,采用FDD法对实际结构的工作模态进行识别,依据识别结果采用零阶近似法对初始有限元模型进行了修正。通过模态识别到模型修正的途径,可以将健康监测系统与抗震分析联系起来,为抗震分析提供一个基于实际状态的更为准确的动力分析模型。结果表明:FDD法可以准确识别出钢管混凝土拱桥的前5阶模态,具有良好的识别效果;主拱肋、稳定拱、吊杆、横撑和主梁所对应的材料特征值在修正前后的变化量为8。77%~10。21%,对结构动力特性有显著的影响;采用零阶近似法对模型进行修正后可以得到满意的结果,计算频率与实测频率的误差可缩小至0。11%~3。76%,修正后的模型能更为准确的体现实际状况,从而可以对已运营多年的桥梁结构做进一步抗震验算和评估。     

基于环境振动测试的框架结构主裙楼动力特性分析

对某未设防震缝的钢筋混凝土框架结构主楼和裙房进行环境振动测试,并对其动力特性进行分析。测点分别布置在主楼左右两个楼梯间、顶层楼板和裙房井字梁大跨楼板上。利用实测加速度数据并通过改进的频域分解法,识别得到了结构的五阶模态参数。识别结果表明:各测试方案得到的识别结果一致,自振频率的变异性较阻尼比的变异性小;前四阶模态由主楼的振动引起,第五阶模态为裙房楼板的一阶竖向振动模态;由于结构的不对称性,识别得到的前三阶振型均带有扭转效应;模态参数识别过程中的可疑模态可能来源于主楼和裙房的动力相互作用。建立了所测结构的有限元模型,得到了五阶自振频率和振型,与识别结果吻合较好;分析了主楼和裙房之间的不同连接方式对整体结构自振频率和振型的影响,结果表明主楼和裙房的固结连接与铰接连接对自振频率基本没有影响,而设置防震缝与否对自振频率影响较大,且振型出现顺序均不会发生变化。     

行人SMD模型参数对人群-结构耦合动力特性的影响

分析行人单自由度弹簧-质量-阻尼器系统中模型参数的随机特性,建立步行人群-结构耦合自由振动方程,采用复模态法求解得到结构的固有频率和阻尼比。研究行人频率、阻尼比和弹性质量对结构基频和阻尼比变化率的影响;应用Monte-Carlo仿真,得到不同频率结构在不同的人群与结构质量比下的基频和阻尼比的95%及5%分位点。分析表明,当空载结构与行人的频率比约为1.1时,结构基频和阻尼比的变化率最大;空载结构基频离行人频率范围较近时,质量比增大会使结构基频和阻尼比的随机散布增大。     

运行状态风力机地震响应的解耦分析方法

对于运行状态的风力发电机,其地震响应涉及风荷载与地震的联合激励。为建立风-地震共同作用下风力机动力响应的解耦分析方法,该文基于最小二乘法,建立水平轴风力机模态气动阻尼比简化模型;将叶轮气动阻力以等效阻尼比施加于支撑结构,形成风力机地震响应的解耦分析方法,与耦合方法模拟结果进行比较,验证解耦方法的可靠性。结果表明：双线性模型能够准确模拟风力机模态气动阻尼比随轮毂高度处10 min平均风速变化的规律,解耦方法得到的风力机塔顶加速度和塔底弯矩峰值与耦合方法所得结果的误差不超过15%,同时,解耦方法的计算效率也高于耦合方法。     

多自由度一般积分型粘弹性阻尼减震结构的 随机响应与等效阻尼

该文对任意多自由度带支撑一般积分型粘滞和粘弹性阻尼器减震结构的随机响应与等效阻尼比的解析分析法进行了系统研究。首先建立了结构一般运动方程;然后将运动方程化为振型广义坐标的微分和积分混合地震响应方程组;继而基于多自由度随机平均法理论,获得了结构随机平均Itô方程组的解析式,推导出耗能结构各振型振子的振幅与相位瞬态联合概率密度函数、位移与速度瞬态联合概率密度函数、位移与速度瞬态响应方差的一般解析解;最后,基于与多自由度随机平均法分析完全相同的等效准则,建立了耗能结构各振型等效阻尼比的一般解析式,并根据CQC和SRSS组合方法,建立了耗能结构随机地震响应方差的解析式,给出了带支撑广义Maxwell阻尼器和广义微分模型阻尼器减震结构随机响应和各振型等效阻尼比的一般解析式,通过与一些典型问题的模态应变能法的计算精度对比分析,表明了所提方法的有效性,使耗能结构可直接应用反应谱法进行设计,从而建立了带支撑任意线性粘滞和粘弹性阻尼器一般耗能结构随机响应与特性等效阻尼分析的完备解析解法。     

广州新电视塔不同激励下动力特性监测

广州新电视塔结构健康监测系统监测到结构建成后不同激励（包括台风激励,地震激励和一般风荷载激励）下结构的动态响应特性。首先,比较了在不同激励下结构的加速度时程响应和功率谱密度。然后,利用加速度响应数据进行模态分析并比较了在不同激励下结构的模态参数（包括频率、振型和阻尼比）。最后,利用希尔伯特-黄变换获得结构在不同激励下的瞬时频率和结构响应能量分布,并与小波变换的结果相比较。结果可为了解超高层建筑在不同激励下的动力特性提供参考     

基于结构强震记录的结构时变模态参数识别

为研究结构在地震过程中动力特性变化和损伤过程,为结构地震损伤评估提供可靠依据,采用递归式在线系统辨识算法RARX模型,利用结构强震记录识别了结构时变模态参数。以一座6层钢筋混凝土框架结构为例,识别了其时变自振频率、阻尼比和等效刚度。结果发现：在小地震动作用下,结构自振频率随时间几乎不发生改变;在大地震动作用的整个时间过程中,结构自振频率随时间逐渐降低,降低到一定程度到达最低点后,频率开始回升,直至地震结束,但最后不能回升到初始值,说明经历大震发生损伤的结构在震后性能会有所恢复;结构等效刚度变化趋势和自振频率相同,但在大震中下降比频率下降大的多;结构阻尼比在经历大震发生损伤后增大。结果可供结构地震损伤预测及结构震后安全鉴定参考。     

利用试验模态分析进行残余应力评估的研究

通过试验模态分析实验,对有残余应力的构件和无残余应力的构件进行了对比实验,得出了关于构件固有频率和阻尼变化规律的4点结论,即:(1)有残余应力存在时,构件固有频率发生变化;(2)高阶频率受残余应力影响比低阶频率的大;(3)在其他因数不变时,大尺寸构件的固有频率受残余应力的影响比小尺寸构件的小;(4)构件的阻尼发生变化,高阶阻尼变化量的绝对值一般比低阶阻尼的大。探讨了利用构件固有频率或阻尼的变化量来判断构件残余应力的方法。改进了振动时效的幅频特性监测法。     

磁流变阻尼器对斜拉索减振效果的试验研究

采用磁流变阻尼器作为被动控制器件，以钱江三桥南岸154m长的斜拉索为试验对象．通过阶跃激励的方法获得斜拉索振动的自由衰减信号。对采集到的信号进行小波分解、希尔伯特变换识别系统的等效阻尼比。据此来判断磁流变阻尼器在施加不同电压情况下对索前三阶模态振动的减振效果，并与油阻尼器的制振效果进行比较。试验结果表明磁流变阻尼器作为被动控制器件时制振效果明显，优于油阻尼器且控制的频域范围要比油阻尼器的广；当供电失效时也可满足索减振的要求。索的各阶共振峰频率在安装MR阻尼器后发生稍许漂移。     

热环境对基础激励作用下纤维增强树脂基复合薄板振动特性的影响

采用理论与实际相结合的方式,研究了热环境对纤维增强树脂基复合薄板振动特性的影响。首先,建立了基础激励作用下纤维增强树脂基复合薄板在热环境中的解析模型,推导获得了固有频率、模态振型、振动响应及阻尼比的解析表达式,并给出了热环境下复合薄板振动特性的求解流程。然后,搭建了热环境下该类型复合薄板结构的振动测试系统,并以TC500碳纤维/树脂薄板为研究对象进行了实际测试。以相应的测试结果为例,研究发现,当温度从20℃上升到200℃时,复合薄板的模态振型基本不发生改变,固有频率降低幅度在2.3%~36.6%之间,振动响应幅值增大范围约为15.3%~58.4%,且阻尼性能也呈现增大的趋势,例如相对于常温下的阻尼结果,当温度上升到200℃时,其前6阶模态阻尼比的增大程度在13.9%~56.4%之间。另外,经过对比理论和测试获得的不同温度下的固有频率、模态振型、振动响应及阻尼结果可知,两者吻合较好,进而验证了解析分析方法及其结果的正确性。      

双曲冷却塔等效静力风荷载中国规范适应性研究

中国规范关于大型双曲冷却塔等效静力风荷载的条文仅适用于高度小于165m的冷却塔,在缺少系统研究的情况下,可借鉴国外规范的相关条文。首先,本文以单塔为例对德国规范等效静力风荷载计算公式进行适当变换,得到了与中国规范完全一致的表达形式,且公式中只有风振系数和平均风压分布系数取值有差异,对两国规范中上述二参数的取值进行了比较;然后,采用有限元计算方法,对3座不同高度的冷却塔在中、德规范等效静风荷载作用下的内力及变形分布进行计算分析,结果表明,即使对200m高的冷却塔,中国规范关于等效静力风荷载的条文规定也是适应的。     

基于配筋率包络指标的冷却塔群塔风致干扰准则

风荷载条件冷却塔群塔干扰效应为结构设计关键控制因素。为考虑群塔条件绕流形态改变引起的复杂三维风压分布形式及数值大小变化对结构内力及配筋的影响,现行国内外水工行业规范采用单一的群塔比例系数放大无干扰圆柱扰流简化的二维风压分布。为评价其精度、合理性和经济性,该项研究以某超大型冷却塔六塔典型布置为例,基于风洞试验、结构有限元分析和结构设计配筋方案,选择干扰效应表现明显的代表性受扰塔作为研究对象,分析了塔筒不同高度处的平均风压分布规律并与单塔结果作对比;计算了其在16个风向角20种设计荷载组合下的塔筒子午向外侧、子午向内侧、环向外侧、环向内侧理论配筋量并将其包络线与单塔结果作对比,提出基于配筋包络的沿塔筒高度变化的分项群塔比例系数用于工程实践。研究表明:基于水工荷载规范建议的单一群塔系数难于涵盖干扰效应导致的复杂三维风压分布变化,推荐沿塔高变化的分项比例系数可以兼顾结构设计过程的便捷、经济和合理性。