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GPS的高耸结构动态特性监测

在土木工程领域,GPS作为一种新的结构振动健康监测方法正受到广泛关注.以在建的广州新电视塔(塔高610 m)为研究背景,利用RTK-GPS测量技术对其在台风以及一般风荷载作用下的动态特性进行了监测试验,获得了电视塔核心筒顶部一个测点沿其短轴和长轴方向的动位移时程曲线,位移曲线的谱分析结果表明,利用动态GPS观测能精确地识别出高耸结构物的低阶振动频率,其识别结果同加速度计识别结果以及有限元模型分析结果吻合很好.研究结果表明,在高耸结构施工监控和健康监测中,应用动态GPS技术进行环境激励动态特性监控是一种有效的方法.     

环境激励下桥梁结构模态参数识别的改进随机子空间算法

为了剔除稳定图中的虚假模态和避免模态遗漏现象,提高模态参数识别的精确度,提出了一种基于滑动窗口和相似度的桥梁结构模态参数智能化识别算法。基于余弦相似原理提出了频率相似度和振型相似度,并依此构建置信度,以实现对系统真实阶次的自动化确定;引入改进集成经验模式分解算法,以消除响应信号内部的噪声信号,达到消除部分虚假模态的目的;接着引入滑动窗口以实现对响应信号的划分,并通过构建频率相似度、振型相似度以及阻尼比相似度实现多个窗口对应参数结果中同类模态的聚类处理,达到剔除虚假模态和避免模态遗漏的目的。最后将所提算法运用于实际斜拉桥结构的模态参数识别,并将识别结果与现场试验值以及有限元结果进行对比,结果表明,所提算法不仅能有效识别出频率结果还能识别出准确的模态振型图,能够实现桥梁结构模态参数的在线智能化识别。     

基于R-TPBSS的结构模态参数识别方法

提出了一种基于R-TPBSS算法的结构模态参数识别方法。该方法通过对响应信号进行稳健性白化处理,提高了算法的抗噪性。该方法将模态坐标和模态振型分别视为独立源信号和混合矩阵,以模态坐标的时间预测性大于响应信号的时间预测性为前提构造目标函数,通过优化目标函数,直接从结构自由响应中分离出各个模态,配合单点模态参数识别方法,提取出结构的模态参数。仿真结果表明,此方法具有很高的识别精度,对噪声很好的鲁棒性,密集模态下,同样能够准确的识别出结构的模态参数。     

环境条件影响下悬索桥模态频率变异性的定量评价

本文基于长期监测数据,研究了由环境温度、风、交通荷载和识别算法所引起的悬索桥模态频率识别的变异性。首先,采用多样本平均方法建立了温度-频率的季节相关性,减小了频率由识别算法导致的随机误差。其次,将模态频率归一化至某一参考温度以消除温度对频率的影响。通过分析小风速状态下温度归一化频率和加速度响应均方根的相关性,对交通荷载引起的频率变异性进行了定量评价,在此基础上采用交通荷载-频率相关性模型消除了交通荷载对频率的影响,最后定量评价了风速对模态频率的影响。分析结果表明：本文提出的方法可以给出大跨桥梁结构模态频率识别的变异性的量化评价,但目前模态频率的识别方法仍需进一步改进。     

环境激励下船体模态参数识别实验研究

运行模态识别是一种仅仅根据环境激励下的结构振动响应来提取结构模态参数的方法,常基于环境激励为白噪声特征的情况。由于船舶螺旋桨、主机及其它激励的特点,船体结构响应在频率上既有较强的单频成分,低频段也存在非常丰富的相对较弱的成分。因此航行中的船舶所受激励呈现为白噪声和确定若干单频频率的叠加作用。本文基于船舶结构的环境激励特点,讨论了船舶结构运行模态参数识别方法,进一步讨论了NExT/ERA方法在船体结构总体模态识别中的应用,通过一艘实船模态实验识别了船体模型的总体模态参数。     

基于Hilbert-Huang变换的大跨桥梁非线性抖振响应时频分析

以新疆赛吾迭格尔悬索桥为工程背景,研究非线性抖振响应的时频特性。提出了Fourier变换识别桥梁抖振响应的频谱的失真问题,从信号分析的角度寻找失真的原因,从结构动力学角度探讨响应非平稳性的导因。为解决这个问题,引入Hilbert-Huang变换(HHT变换)分析响应的边际谱。并分析HHT变换中经验模态分量的时频,从风工程角度探讨经验模态分量的物理意义。分析结果表明,大跨桥梁的颤抖振响应具有一定的非平稳性,HHT变换识别抖振响应的频谱时比Fourier变换精度更高。     

基于振动响应时频分析的桅杆损伤识别方法

桅杆的模态参数和刚度对纤绳平衡张力、激励和环境条件比较敏感,导致目前比较有效的结构损伤识别方法和指标难以直接应用。为此,探索了基于测点振动响应时频分析而不依赖模态信息的桅杆结构损伤识别方法,提出利用结构测点振动响应的Wigner-Ville分布交叉项统计量WCS(WVD Cross-term Statistic),通过比较损伤前后统计量的相对变化量来进行损伤识别。算例分析结果表明,利用测点振动响应的损伤识别指标WCS相对变化量,除能识别杆身单个不同程度的损伤位置以及多个损伤外,还能分辩出纤绳的损伤特征。通过增大激励的幅值和增加测点的数量,可以提高识别的精度和指标的灵敏度;基于测点位移响应与基于测点加速度响应的损伤识别指标相比,具有更好的损伤识别效果。     

环境激励下大型桥梁模态参数识别的一种方法

提出一种依据环境激励下结构振动响应的大型桥梁模态参数识别方法,该方法以限制带宽的经验模态分解（BREMD）和随机子空间识别（SSI）为基础,首先利用EMD将环境振动响应分解成一系列只含结构某一阶固有模态的本征模态函数（IMF）,然后利用SSI识别桥梁模态参数。针对大型桥梁自振频率低、模态密集的特点,引入屏蔽信号限制EMD过程中带宽以消除模态混叠;运用该法识别了赣龙铁路某特大桥的模态参数,并将其与峰值拾取法、SSI识别结果以及理论计算值进行对比,结果表明：该方法能有效的识别大型桥梁模态参数,屏蔽信号的引入解决了模态混叠问题,稳定图中的虚假模态得到抑制。     

斜拉桥主梁应变监测数据分析

基于健康监测系统的桥梁养护管理是保证其安全运营的重要科学手段,对监测数据进行分析以把握结构的特性和状态是一个必须的环节.结合东海大桥主航道斜拉桥健康监测的工程实践,用经验模态分解(EMD)法对结构健康监测系统实测的跨中应变数据进行了分析.首先将应变数据的动态响应成分和静态响应成分进行了分离.基于动态应变响应识别了结构模态频率,基于静态应变响应获得了过桥车辆数目的信息.结果表明,采用EMD方法可以实现对实测应变动静响应成分的分离,动静响应成分均具有较高的利用价值.     

基于变分模态分解的模态参数识别研究

基于变分模态分解(VMD),提出一种新的结构模态参数识别方法:①通过自由振动试验或通过随机减量法从结构随机振动响应中获取结构自由衰减振动响应(FDR),并采用VMD方法从FDR中分解出结构模态响应;②通过经验包络法(EE)计算模态响应瞬时频率,并通过一种该研究新提出的方法计算模态响应瞬时阻尼比;③结构的模态振型向量可通过处理所有可用传感器得到的模态响应得到。瞬时模态频率和模态阻尼比可以捕获模态参数的任何瞬态变化。通过一系列数值和试验算例验证了该方法的有效性,突出了该方法的优势,并对该方法抗噪声性能进行了研究。研究表明,该方法适用于线性和非线性系统,且可用于识别具有密集模态和瞬态特性的系统。     

基于有效独立的改进传感器优化布置方法研究

随着结构健康监测技术的发展,传感器优化布置问题日趋突出。综合考虑有效独立法和模态动能法的优缺点,分别以平均加速度幅值和模态动能修正有效独立法的传感器优化布置结果,提出了两种基于有效独立的改进传感器优化布置方法———有效独立-平均加速度幅值法(EI-AAA)和有效独立-模态动能法(EI-MKE)。运用模态动能准则、平均加速度幅值准则、Fisher信息矩阵准则、截断模态矩阵条件数准则、模态置信准则评价并比较上述两种方法及有效独立法、模态动能法、有效独立驱动点留数法和有效独立驱动点残差法。实际钢井字梁采光顶结构算例结果表明,本文提出的有效独立-平均加速度幅值法(EI-AAA)和有效独立-模态动能法(EI-MKE)在考虑截断模态线性独立的同时都能自动选择具有较高平均动态响应和模态动能的测点位置,有较强的抗噪声性能,在六种方法中布置结果最为有效。     

基于结构加速度误差最小化的声学预测模型修正

针对FEA（有限元分析）声学预测方法,提出了基于结构加速度响应误差最小化的声学预测模型修正方法。以模态迭加法为基础,结合模态应变能模态阻尼识别和频域载荷识别原理,重构了FEA声学预测模型,通过遗传算法优化结构损耗因子,使结构加速度响应计算值与实验值误差最小化,从而识别系统模态阻尼比及激励力,实现对声学预测模型参数的修正。将该方法与传统计算方法预测结果对比,结果表明：该方法可以精确识别系统模态阻尼和激励力,提高模型预测精度。     

基于解析模态分解和希尔伯特变换的模态参数辨识新方法

针对航天器结构低频、密频的模态参数辨识问题,提出一种将解析模态分解(AMD)与希尔伯特变换(HT)相结合的模态辨识方法(AMD+HT),根据结构上任意一点的脉冲响应信号,对系统结构的频率和模态阻尼比进行参数识别。以箱型卫星模型为例,分别对固定状态下卫星帆板和卫星整体结构的低阶模态进行模态辨识,并与LMS数据采集系统分析结果和ANSYS有限元仿真结果对比,验证了该方法对低频、密频结构模态辨识的正确性和优越性。     

基于VMD的建筑结构模态参数识别

在建筑结构的健康监测、控制和状态评估中经常遇到的一个关键性问题是如何根据实测响应信号准确估计结构阻尼比及自振频率等模态参数。基于变分模态分解(VMD)提出一种新的结构模态参数识别方法。该方法首先对实测振动信号进行VMD分解,获得单模态信号,然后采用自然环境激励技术(NEXT)得到单模态信号的自由衰减响应,最后利用直接插值法(DI)和曲线拟合获得结构的自振频率和阻尼比。通过三层框架结构的数值模拟验证了该方法的准确性及可靠性。利用该技术对台风“达维”作用下广州中信广场的实测加速度数据进行分析,并将估计的结构模态参数和其他识别方法的分析结果进行对比,进一步验证了该方法的准确性和有效性。     

频响函数曲线拟合与模态分析精细化

由于Vector Fitting (VF)将有理分式函数直接分解为部分分式和的叠加,极点(模态频率)获取顺序依模态贡献量由大到小排列,可保证拟合误差随拟合阶次增大迅速收敛,故对VF方法用于模态参数辨识的可行性进行论证,优化拟合精度与计算规模,并对曲线拟合算法误差、参数稳定性、模型定阶详细讨论,实现频响函数曲线拟合的精细化。利用已有文献数据进行考核,并与商业算法比较。     

黏弹性Pasternak地基梁振动的复模态分析

运用复模态分析研究了有限长黏弹性Pasternak地基梁的振动特性,将梁的振动方程写成状态方程,利用复模态的正交性解耦为常微分方程组,得出复频率和复模态及任意初始条件下外激励的响应。通过两个具体算例对比,分析了简支边界条件下的Pasternak地基梁的固有频率和模态函数的特征,并通过文中给出的复模态函数,计算了两种典型外激励作用下的动力响应。     

基于社会力模型的人群-桥梁竖向动力耦合效应研究

针对越来越多的轻质柔性人行桥在随机人群荷载作用下的结构振动问题,为了能够获得更为真实、精细的振动响应,建立考虑人群-结构相互作用的随机人群荷载模型尤为重要。首先利用移动弹簧-质量-阻尼模型模拟单人的动力学行为,并基于社会力模型,建立人群的随机运动模型,进而建立考虑人群-结构耦合振动的随机人群荷载模型。根据任意时刻人行桥和随机人群动力平衡,建立随机人群-人行桥耦合振动的控制方程。利用状态空间法求解人行桥动力参数随随机人群运动的变化情况,利用振型分解法求解耦合振动控制方程,探讨考虑人群-结构耦合振动的随机人群荷载对人行桥模态以及振动响应的影响。分析结果表明耦合系统模态变化量随着人数增加而增加。行人随机性与人群-结构相互作用对轻质结构的竖向动力响应影响很大,故在计算轻质结构振动响应时不可忽略。相比于加速度峰值,均方根加速度能够弱化随机波动的干扰作用,因此也采用了1-s均方根加速度更合理地衡量了结构的振动响应。     

基于加速度二次协方差矩阵参数变化比法的环境振动下结构损伤识别

在白噪声环境激励下,结构加速度响应的自相关/互相关函数构成一个新的二次协方差（CoC）矩阵,组成这一协方差矩阵的元素经证明是结构模态参数（频率、振型、阻尼）的函数;与提取模态参数的一般损伤识别方法相比,二次协方差矩阵包含结构振动的更多和更高阶模态信息。本文利用结构损伤前和损伤后的二次协方差（CoC）矩阵参数的变化比,对只基于振动输出的、环境振动下的结构进行损伤识别。对一个七层框架结构模型进行了数值模拟,首先对不同噪声程度、不同损伤位置和程度的损伤结构进行损伤定位,再结合模型修正法,对结构损伤程度进行识别,展示了该方法的有效性。     

环境激励下基于相关函数的脉冲响应函数重构

在白噪声激励下,结构响应的相关函数作为脉冲响应函数的近似可以进行模态参数辨识,但其物理意义始终缺乏明确解释;相比于脉冲响应函数,基于相关函数的辨识缺少了模态参与因子或者说质量信息,这也是工况模态分析(OMA)方法的主要缺陷。简要回顾了复模态下的自然激励技术原理,证明了白噪声激励下位移响应的相关函数等价于系统在特定初始条件下的自由响应,给出相应初始条件的计算方法;进一步提出了一种系统质量分布的辨识方法,并藉此重构得到系统脉冲响应函数。讨论了相关函数误差与信号时长及激励带宽之间的关系。通过仿真和试验验证了所得结论。