环境激励下混凝土独塔斜拉桥的实验模态分析

福建省福州市三县洲闽江大桥是一座独塔单索面预应力混凝土斜拉桥,塔梁墩固结,主跨238 m,边跨179m,1999年5月通车.首先介绍了全桥的环境振动试验概况,利用频域的峰值法(PP)与时域的随机子空间(SSI)法进行桥梁系统参数识别,两者吻合较好.结果表明环境振动测试能够识别大跨度斜拉桥的动力特性.     

单箱多室波形钢腹板PC组合梁桥动力特性试验研究

为了研究单箱多室波形钢腹板PC组合梁桥动力特性,参照南昌市朝阳大桥非通航孔桥,制作了三跨单箱两室PC连续波形钢腹板试验梁,并对模型桥和实桥进行动力测试。分别利用自互功率谱法和传递率法对动力特性进行分析,识别了试验梁前四阶模态参数和实桥前七阶模态参数;同时利用ANSYS程序建立实桥和模型桥的有限元分析模型,并进行动力特性分析;研究结果表明,除因实桥两幅之间横向工字钢连接,导致实桥理论和实测扭转1阶频率相差较大外,实桥各阶理论与实测频率相差较小,振型一致;试验梁低阶频率理论值与实测值能较好吻合。研究设计制作的波形钢腹板缩尺试验梁及测试结果正确,试验梁能较好体现实桥动力特性;传递率法可较好识别该类桥梁结构的模态参数。     

大跨度斜拉桥环境振动试验与模态参数识别

桥梁环境振动试验具有简单方便和花费少等优点.以青洲闽江大跨度斜拉桥为背景,介绍了通车前全桥环境激励动力试验,得到了该桥基准的动力学特性,并与三维有限元模型计算结果进行了比较,二者吻合良好.所得结果可用于该桥的有限元模型修正、损伤检测、使用状态评估和健康监测.     

大跨度斜拉桥动力特性分析

应用全桥组合有限元分析的技术思想,以实际建成的大跨度斜拉桥为工程背景,建立计算的基准桥有限元模型。应用通用有限元程序对整桥建立空间有限元模型,计算其动力特性,并结合其他同类型桥梁的理论计算,分析了该类型桥梁的动力特性,为该桥的抗震、抗风设计提供参考。     

连续梁桥横桥向地震动分析

根据位于弹性基础上连续梁的变形特性，将桥墩的变形分解为自身弯曲变形、基础转动和平动引起的变形三个部分，上部结构的横桥向变形采用三阶Hermit多项式插值，并将上下部结构变形作为各自的振型函数。由拉格朗日方程建立全桥的地震振动方程，从而得到包含地基特性综合参数的结构自振频率以及振型参与系数。利用锤击法进行了模型试验，结果表明计算方法可行，可供连续梁桥抗震设计及抗震评估时参考。     

应力板带桥动力特性与人致振动响应实测

开展应力板带桥动力特性与人致振动响应的现场实测工作。首先，基于环境激励和冲击法，开展该桥动力特性测试；其次，基于随机子空间法和峰值拾取法，获得应力板带桥的前三阶自振频率、振型与阻尼比；最后，基于该桥动力特性实测结果，开展单人和队列同步行走以及随机行走测试，获得桥的人致振动响应，并对其振动舒适性进行评价。研究表明（：1）应力板带桥动力系统具有典型的低频、小阻尼比（<0.002）和密集模态特点（；2）人群同步行走时的结构响应并非单人响应的线性放大；与桥面人数相比，结构振动响应对行走步频更为敏感（；3）进行振动舒适度评价时应充分考虑结构使用功能和所处环境。     

基于运行模态法的动力总成刚体模态试验研究

介绍两种基于运行模态法的动力总成刚体模态参数识别方法,即频域分解法与时域随机状态子空间辨识法。发动机怠速工况下,运行模态法可以识别出动力总成悬置系统在垂向跳动与绕侧向俯仰的刚体模态,并且可以识别出动力总成怠速激励下的谐波模态;而动力总成受到白噪声激励,运行模态法可以识别出动力总成悬置系统的全部六自由度刚体模态。从对比可知,运行模态法识别的模态参数与常规试验模态法结果基本一致,表明利用工况激励法进行模态参数识别是行之有效的。     

润扬大桥悬索桥在线模态分析系统的设计与实现研究

介绍了润扬大桥悬索桥在线模态分析系统的设计思路.主要包括:设计策略、测点布置以及模态识别方法.对系统的设计与实现的关键技术问题进行了研究.在模态识别方法上将传统的基于环境激励的模态试验方法引入到在线模态分析中,并对传统频域峰值法做了改进,实现了模态分析的实时性和振型的完整性.对比系统识别结果和现场测试结果表明:系统运行稳定、识别结果可靠.系统的建立为该桥动力特性研究、预警以及评估提供了大量重要参数.     

基于工作模态法的动力总成刚体模态参数识别

介绍工作模态法(PolyMax方法)进行动力总成工作模态分析的优点,并模拟整车工作情况下对动力总成的模态参数进行识别,得到动力总成的各阶刚体模态,通过实验识别模态和理论计算模态的对比,说明采用工作模态法能够较准确地识别出动力总成的实际刚体模态.     

一座桥梁研究新平台的静动力试验研究EI北大核心CSCD

美国新泽西州的一座四跨简支梁桥被选为Benchmark模型,作为国际旧桥性能研究和评估的新平台,国际上近十多所知名高校和测试咨询检测机构对该桥进行了系统的结构静动力试验及无损检测研究。该文简要介绍了该桥的选择过程和项目的基本情况,对该桥的南侧第2跨静动力试验结果进行了介绍。动力试验采用多参考点脉冲锤击法以得到结构的动力模态柔度,静载试验利用卡车进行加载,对比模态柔度下的弯沉与静载试验下的弯沉显示该方法能为结构损伤识别提供有效的决策支持。     

环境激励下移动车辆对桥梁模态参数识别的影响研究

基于环境激励的模态参数识别方法在桥梁健康监测领域应用广泛,所识别桥梁的模态参数的变化常用来进行损伤识别。然而在模态参数识别过程中,移动车辆本身具有的质量属性被忽视,仅被当作为环境激励的一部分。桥梁损伤导致的模态参数变化将被移动车辆所引起的变化掩盖,影响后续损伤识别的效果。以随机子空间法为例,研究环境激励下的模态参数识别方法识别的桥梁模态参数的变异情况,并对比桥梁局部损伤导致的桥梁模态参数的变化量,结果表明局部损伤和移动车辆都会造成频率减小和振型改变,因此在实际模态测试中需要考虑移动车辆作用并剔除其影响。     

浮筏筏架模态测试及模型相关性分析

用有限元法计算浮筏隔振系统的中间筏架其前五阶模态,并通过模态测试测得其模态,再采用LMSVirtual lab对此筏架有限元模型和测试模型进行相关性分析,从分析得到的模态置信度可以看出用有限元法计算的模态基本准确。     

空调室外机系统的实验模态分析与模型更新

有限元(Finite Element, FE)模型的正确性和可靠性对于确保结构仿真达到其分析目的相当重要。文章介绍了空调室外机(Outdoor Unit of Conditioner, OUC)有限元模型的建模技术与模型更新。建构OUC的有限元模型必须呈现结构的物理特性,包括几何形状、材料性质、接触接口和边界条件等,并施以实验进行验证。一般的方法是对结构进行实验模态分析(Experimental Modal Analysis, EMA)以获得结构模态参数。同时,也可由有限元模型的数值分析求得理论模态参数。模型更新是调整有限元模型参数,使分析模型和实际结构的结构模态特性相符。结果显示,更新后的有限元模型在结构模态和频率域特性上,能充分呈现空调室外机实际结构的振动特性。     

应用模态分析及傅里叶变换的柔性转子无试重动平衡方法

针对旋转机械不平衡导致的振动问题,提出一种的柔性转子现场动平衡方法。其通过有限元理论建立转子系统动力学模型,并将系统运动微分方程按模态振型展开,利用FFT及IFFT变换,获取频域下不平衡载荷谱,最终识别转子不平衡状态。仿真和试验结果均表明,该方法仅需在低于临界转速的状态下采集振动响应数据,并且无需停机试重,就能准确识别转子不平衡状态,添加配重后可使转子各阶不平衡振动得到有效抑制。     

An improved perturbation method for stochastic finite element model updating

In this paper, an improved perturbation method is developed for the statistical identification of structural parameters by using the measured modal parameters with randomness. On the basis of the first‐order perturbation method and sensitivity‐based finite element (FE) model updating, two recursive systems of equations are derived for estimating the first two moments of random structural parameters from the statistics of the measured modal parameters. Regularization technique is introduced to alleviate the ill‐conditioning in solving the equations. The numerical studies of stochastic FE model updating of a truss bridge are presented to verify the improved perturbation method under three different types of uncertainties, namely natural randomness, measurement noise, and the combination of the two. The results obtained using the perturbation method are in good agreement with, although less accurate than, those obtained using the Monte Carlo simulation (MCS) method. It is also revealed that neglecting the correlation of the measured modal parameters may result in an unreliable estimation of the covariance matrix of updating parameters. The statistically updated FE model enables structural design and analysis, damage detection, condition assessment, and evaluation in the framework of probability and statistics. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。     

随机子空间识别在悬索桥实验模态分析中的应用

为了从大型悬索桥的脉动实验结果得出精确的结构动力特性,以便进行结构的抗风、抗震研究和实时监测,本文利用随机子空间系统识别方法对虎门悬索桥进行了模态分析。这种时域识别方法基于状态空间模型,仅利用结构输出反应,避免了传统的人工识别和迭代过程,但必须利用稳定图形确定模型阶数。同有限元数值计算结果作比较后可看出,该法能识别出10个频率在0.5Hz以下的自振频率,并且可得到较好的结构阻尼,说明随机子空间系统识别方法是分析大型桥梁脉动实验特征参数的有力工具。     

基于无限元的2.5维方法预测轨道交通混凝土桥梁低频噪声

提出了一种基于无限元的2.5维方法,可以快速预测桥梁结构噪声且不失精度。首先,建立沿桥梁纵向截面均匀的二维无限元模型,进行声传递向量计算。然后,联合桥梁三维模态分析结果,通过空间波数变换获得三维桥梁模型的模态声传递向量,并采用三维直接边界元的计算结果验证了所提出的2.5维方法的正确性。最后,进行车轨桥耦合振动计算,将获得的桥梁模态坐标与声模态传递向量结合起来预测桥梁振动辐射噪声。以上海某轨道交通为背景进行噪声现场测试,将现场实测结果与计算结果对比。分析表明,计算结果在近场与实测值吻合较好,但是由于忽略了相邻跨桥梁的影响,在远场数值计算结果小于实测值。     

基于模态叠加法和直接刚度法的列车-轨道-桥梁耦合系统高效动力分析混合算法

为提高列车-轨道-桥梁耦合系统（Train-Track-Bridge Coupled System,TTBS）动力分析的计算效率,该文基于作者之前提出的TTBS动力分析混合模型,结合模态叠加法和直接刚度法,提出了一种改进的混合方法（Improved Hybrid Method,IHM）。该方法中,列车动力方程通过多刚体动力学方法建立;轨道结构动力方程通过直接刚度法建立以准确求解其高频局部振动响应,桥梁结构动力方程通过模态叠加法建立以降低其自由度数目。列车和轨道结构通过轮轨线性Hertzian接触关系耦合为列车-轨道耦合时变子系统,轨道与桥梁间通过轨-桥相互作用力的平衡迭代实现耦合。首先以朔黄重载铁路32 m简支梁桥现场试验数据验证了该文方法的正确性。然后,以CRH2型高速动车组通过万宁系杆拱桥为例,探究了桥梁振型数量对动力响应指标计算精度的影响规律,最后,对比三种不同的列车-轨道-桥梁耦合系统动力分析方法的计算结果及耗时,结果表明:同样的计算精度下,该文方法具有更高的计算效率。     

基于模态柔度的有限元模型修正方法

以各阶模态柔度矩阵中各元素相对变化作为指标,提出了基于模态柔度灵敏度解析表达式的有限元模型修正方法,推导了模态柔度灵敏度解析表达式,结构严谨,编程方便。以一平面简支梁为例,考虑运用不同的模态阶数、测点自由度及测试误差,利用Tikhonov正则化方法进行模型修正,通过多次模拟计算,分析了相关因素对模型修正结果的影响。实例计算表明,当噪声较小时,修正效果很好,但随着测试噪声水平的增加,修正结果稳定性变得相对较差;利用较高阶模态修正结果比利用较低阶模态修正后结果要好;同时测试自由度不完整性也是模型修正结果的不利因素。