城市橋梁實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析方法.pdf

1、土木工程結(jié)構(gòu)是國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分,對(duì)人民的生活和安全有著直接的影響,所以在橋梁、大壩等大型土木工程結(jié)構(gòu)中安裝結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是十分有必要的。而通過(guò)大型的土木工程結(jié)構(gòu)動(dòng)力特征參數(shù)的了解和掌握,可以方便的對(duì)其進(jìn)行全方位的檢測(cè)、評(píng)估和健康監(jiān)測(cè)。結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)能夠反映出其動(dòng)力特征,模態(tài)參數(shù)識(shí)別是實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的核心。實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的模態(tài)參數(shù)識(shí)別可以分為兩類,即傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法和環(huán)境激勵(lì)下的結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法。兩者相比較而言,基于

2、環(huán)境激勵(lì)下的模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法能夠僅僅利用所測(cè)得的響應(yīng)信號(hào)來(lái)識(shí)別結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù),是僅基于輸出數(shù)據(jù)的模態(tài)參數(shù)識(shí)別；并且具有無(wú)需對(duì)結(jié)構(gòu)施加激勵(lì),節(jié)省人工和設(shè)備費(fèi)用,可以避免對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷等優(yōu)點(diǎn),因而在工程中得到了廣泛的應(yīng)用。
　　 本文主要研究基于環(huán)境激勵(lì)下橋梁模態(tài)參數(shù)識(shí)別問(wèn)題。完成的主要工作如下:
　　 (1)對(duì)目前國(guó)內(nèi)外橋梁健康監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了回顧,論述了其重要意義。以橋梁健康監(jiān)測(cè)技術(shù)所涉及的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)層面的問(wèn)題為切入

3、點(diǎn),對(duì)模態(tài)分析這一概念做了簡(jiǎn)單的概述,并就其核心問(wèn)題一模態(tài)參數(shù)的識(shí)別進(jìn)行了較為全面的論述,包括研究現(xiàn)狀、已有成果和存在問(wèn)題等方面。
　　 (2)介紹了實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的相關(guān)原理,重點(diǎn)介紹了信號(hào)處理知識(shí)和模態(tài)參數(shù)識(shí)別知識(shí):給出了離散傅里葉變換和快速傅里葉變換的推導(dǎo)公式；介紹了模態(tài)參數(shù)識(shí)別中頻域方法和時(shí)域方法各自的技術(shù)路線,并對(duì)一些方法的原理、優(yōu)缺點(diǎn)、流程等進(jìn)行了研究。
　　 (3)系統(tǒng)地討論了環(huán)境激勵(lì)情況下模態(tài)參數(shù)識(shí)別的頻域方

4、法。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)振動(dòng)方程的分析,介紹了傳統(tǒng)模態(tài)參數(shù)識(shí)別頻域方法的表達(dá)式以及基本的識(shí)別過(guò)程。重點(diǎn)研究了輸入未知時(shí)正交多項(xiàng)式擬合法的理論背景和計(jì)算公式,給出了該方法的一般流程圖,并對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要注意的問(wèn)題進(jìn)行了探討。最后進(jìn)行了數(shù)值算例的驗(yàn)證,證明了其有效性和可行性。
　　 (4)為進(jìn)一步研究正交多項(xiàng)式擬合法基于環(huán)境激勵(lì)下輸入未知時(shí)的穩(wěn)定性和適用性,利用該方法應(yīng)用于工程實(shí)例一鄭州市南三環(huán)立交橋。詳細(xì)介紹了該橋的實(shí)驗(yàn)過(guò)程,用正交多項(xiàng)