间接测量法在盾构隧道模态识别中的应用研究

为了快速、经济且准确地实现盾构隧道的健康监测，将桥梁健康监测的间接测量法应用于盾构隧道结构中，在推导了移动车辆-盾构隧道耦合振动作用下车辆加速度响应解析解的基础上，分析了考虑阻尼影响的盾构隧道振型间接识别方法，从理论上证明了间接测量法在盾构隧道模态识别中应用的可行性。通过实验室试验验证盾构隧道频率间接识别方法，试验结果表明，采用间接测量法与直接测量法测试得到的盾构隧道频率接近，误差为2.8%。同时，通过数值算例验证了基于间接测量法的盾构隧道频率、振型、阻尼比识别方法，并分析车辆速度、车辆阻尼、盾构隧道阻尼等参数对盾构隧道模态间接识别结果的影响。分析结果发现：车速对频率间接识别的影响较小，而过低的车速会导致振型无法识别，应选择5 m/s以上的车速；车辆阻尼大小对振型间接识别的影响较小，而增大车辆阻尼有利于频率间接识别；盾构隧道阻尼的增大不利于频率和振型的间接识别。     

考虑粗糙度影响间接测量梁刚度的损伤识别方法参数研究

利用检测车在桥梁上运行可进行桥梁结构损伤识别,针对该间接测量技术的诸多局限性问题,基于车桥耦合模型,提出了通过检测车在桥梁上运行,利用安装在检测车辆上的传感器所得的动力响应信号来识别梁单元弯曲刚度,进而进行结构损伤识别的间接测量方法。在此基础上,考虑了路面粗糙度等因素对间接量测方法的影响,以均匀设计法和控制变量法为研究工具,通过数值模拟对检测车速度、检测车质量、检测车阻尼、桥梁模态阻尼比等4个参数进行研究分析。研究结果表明,检测车质量、检测车阻尼,以及桥梁阻尼比等相关参数在适当的范围,可以大幅度提高该方法的使用效果,进而有助于推动间接量测技术在桥梁结构损伤识别中的实际应用。     

基于移动式冲击振动的桥梁快速测试与柔度识别研究进展

如何实现公路网上大规模中小型桥梁的快速测试与状态参数识别是迫切需要解决的问题。结构检测监测技术是保障桥梁安全的重要手段，但传统检测技术费工费时、结构健康监测系统复杂昂贵，移动测试由于其具有高机动性、快速、低成本的优点在国内外得到广泛研究，为中小型桥梁的快速测试提供新思路。文章综述了移动式冲击振动测试方面的研究进展，对移动式冲击振动测试的理论基础、测试方法及柔度识别理论、软硬件系统和工程实践进行详细阐述。首先，阐述移动式冲击振动的桥梁快速测试思路，推导冲击振动测试数据与常规环境振动测试数据包含信息的本质区别，证明冲击振动测试数据具备识别结构柔度等详尽动力参数的独特优势；其次，综述基于冲击振动的桥梁快速测试方法及柔度识别理论，包括基于整体固定点冲击振动、分块移动式冲击振动和车载式连续冲击振动的结构位移柔度识别理论，以及基于冲击振动与长标距应变传感技术的应变柔度识别理论；然后，介绍基于冲击振动的桥梁快速测试软硬件一体化系统开发方面的研究进展；最后，综述移动式冲击振动测试在桥梁工程中的应用实践。文献综述表明：相比较于常规环境振动测试，移动式冲击振动测试能够实现边移动边激振，在方便快捷的同时具备识别桥梁振型缩放系数、模态质量、位移/应变柔度等详尽动力参数的优势，为公路网上数量众多的中小跨径桥梁病害快速筛查、损伤识别、可靠度评估与长期性能劣化研究奠定数据基础。     

基于探索性数据分析的桥梁模态识别数据处理方法

桥梁健康监测系统以传感器测得的结构响应识别桥梁结构的模态参数,从而对损伤进行预警。然而,由于测试环境的限制,传感器老旧、损坏等情况时常发生,使得测试结果受到影响。结合探索性数据分析(Exploratory Data Analysis,EDA)方法,采用箱形图和QQ图对测试结果进行了跟踪,对分析结果异常的数据对应的传感器进行了修复,并对比了修复前后的模态参数识别结果。结果表明,经过本文所提方法处理后的测试结果能提供更为准确的模态参数识别结果,提高桥梁健康监测的准确度和效率。     

中承式拱桥竖向有载频率研究

为了研究中承式拱桥的自振特性及车-桥系统的有载频率,采用有限元方法建立了桥梁计算模型;根据现行规范的规定选取车辆荷载参数,建立了车-桥系统计算模型。通过软件计算分析,得到桥梁结构的振动模态,和不同车辆数目、不同车辆位置等多种工况条件下的有载频率。从而研究中承式拱桥有载频率的影响因素,为实际工程建设提供理论参考。     

车辆荷载作用下简支梁桥动力特性分析及模态参数识别

为研究车辆荷载作用对简支梁桥结构动力性能的影响,对车辆荷载作用下的简支梁桥进行能量分析并采用随机子空间法(SSI)和RDT-STD法对简支梁桥进行模态参数识别研究。分析不同车速激励下的桥梁能量分布情况,对比不同模态参数识别方法的频率、阻尼和振型的识别结果。结果表明:随着车速的增加,简支梁桥的加速度幅值不断增大,能量向高频段偏移,更容易激发结构的高阶模态;随机子空间法(SSI)和RDT-STD法均能有效识别出简支梁桥的竖向频率,SSI法对于简支梁桥频率和阻尼的识别精度高于RDTSTD法,但两种识别方法对阻尼的识别相对误差较大,且存在一定的离散性。     

铰接车辆模型识别粗糙桥梁频率和振型的数值分析

根据车桥耦合振动理论和桥梁间接测量法基本原理,对实际工程某连续梁桥建立桥梁模型,采用2辆单轴1/4车辆模型模拟测量车辆,1辆双轴半车模型模拟牵引车辆提供额外桥梁激励,三车前后铰接建立车辆模型。基于分离法原理与车辆动力学理论,利用约束方程实现任意时刻车轮与桥面接触点的位移协调关系,采用APDL编程实现铰接车辆过桥的耦合动力时程响应分析。提取前后测试车辆匀速通过不同等级粗糙桥面时车辆振动加速度时程响应,对通过桥梁同一位置处的前后测试车辆加速度数值进行相减处理并应用快速傅里叶变换识别桥梁频率。采用带通滤波技术与汉宁窗相结合的处理方法提取分离出与桥梁固有频率相关的桥频分量响应,利用桥频分量响应及其希尔伯特变换构造出与每阶固有频率相对应的振型。结果表明:在A、B、C级桥面不平整度条件下,采用铰接车辆模型识别出的桥梁前3阶频率相对误差均在1%以内; 对加速度时程响应数据加窗处理后识别出的桥梁前3阶振型MAC值均在0.95以上,满足工程精度需求; 研究结果可以为移动传感间接测量方法在桥梁检测工程中的应用提供理论参考。     

基于随机子空间法的系杆拱桥模态测试分析

通过对某座采用顶推法施工的大跨径钢管混凝土系杆拱桥进行模态测试,基于随机子空间法进行模态分析,得到了桥梁结构前6阶振动模态参数;采用桥梁结构分析软件MIDAS建立有限元模型并对桥梁进行模态分析,提取了与实测前6阶模态振型相对应的模态参数。经过比较发现,桥梁实测模态振型、自振频率与理论分析结果相吻合,实测系杆拱桥的动力特性满足要求,同时验证了随机子空间法是桥梁结构模态分析的一种有效方法。     

数字图像相关技术在结构损伤检测中的应用

结构损伤识别技术是结构健康监测的核心技术,也是健康监测的重难点之一。工程测量中受测量环境和技术的影响,很难获得完备的实验数据。论文利用一种新型测量技术,数字图像相关性(Digital Image Correlation,以下简称"DIC")技术,来提高模态应变能的识别精度。首先运用DIC技术和传统加速度传感器两种测量手段来获取固有频率和模态振型,实验结果表明,DIC技术获取的频率和振型与加速度传感器基本一致;随后对网壳结构进行基于DIC的模态应变能损伤识别分析,参数识别法获得模态振型及利用振型拟合得到的转角代入损伤识别指标进行损伤识别,结果表明,基于DIC的模态应变能损伤识别法能够有效进行损伤定位识别,且识别精度较好。     

基于振动特性的U形梁损伤识别

随着U型梁的应用越来越广泛,由于施工缺陷以及服役期间受到环境和荷载的影响,结构的敏感部位会发生不同程度的损伤。为了保障U型梁桥的运营通畅和降低维修成本,就需要对桥梁损伤部位进行准确迅速的识别定位。通过对实验室现有缩尺U形梁进行静力加载试验,同时对空载下的U形梁进行动测试验并采集信号得到损伤前后的模态参数。基于频率和振型这两个结构振动特性,以频率平方比和模态曲率差为指标对道床板损伤部位进行识别。结合有限元模拟与试验结果可知:从频率角度识别U型梁的结果不理想,但模态曲率差对其损伤位置及程度有一定识别能力。     

基于分布式传感网络的结构模态识别方法

结构的模态参数识别是结构健康监测系统的基本任务。随着工程结构的日益大型化和复杂化,振动测试时需要布置大量的传感器。传统的集中采集和处理技术将难以胜任海量数据的处理要求,采用无线智能传感器的结构健康监测系统正是应运而生的新方向,而分布式采集和处理是其特点。在无线智能传感网络拓扑结构中采用分布式算法求解结构整体振型,利用随机子空间法识别各子结构模态,结合粒子群优化算法调整子振型获取结构整体振型。通过混凝土钢管拱桥模型试验验证了分布式算法的可行性,并利用模态置信度(MAC)对比分析了由分布式模态识别方法和集中式模态识别方法得到的结果,结果表明两种算法吻合较好。     

网架模型结构模态分析的试验研究

实验模态分析是综合运用线性振动理论、动态测试技术、数字信号处理和参数识别等手段,进行系统识别的过程。模态分析是有效的结构检测和安全评估的方法之一,它是根据测量模态参数(固有频率、阻尼比、振型、模态刚度、模态质量)相对于正常值产生的变化,并通过相关分析与识别来判断结构安全程度的一种先进方法。本文通过对网架模型结构进行试验模态分析,研究了试验模态技术在实际运用中的试验方法,识别系统的模态参数并与有限元分析进行比较,有限元结果与实测频率有一定的不同,但前四阶模态频率的差值百分比均在9%以内,说明实测的结果与有限元分析是比较吻合的。     

基于动力特性试验桥梁结构技术状况评定研究

动载试验是研究桥梁结构动力特性的重要方法之一,结构动力特性是桥梁承载力评定和识别桥梁结构工作性能的重要参数。文章开展了桥梁结构动力特性参数(频率、振型和阻尼比)的研究,通过对结构动力特性的测试,分析结构动力反应,了解车辆荷载对桥梁的动力作用,进而对桥梁的状态进行较全面的评估,并为今后桥梁结构安全营运提供可靠的技术资料。     

基于随机子空间的桥梁损伤识别

把基于随机子空间算法的模态参数识别引入到梁桥结构损伤识别中.在环境激励下测试结构完好状态和损伤状态的时程响应,建立离散空间时间状态方程,运用随机子空间方法识别出结构的系统矩阵和属性矩阵,识别结构两种状态下的模态参数,由模态参数构建损伤动力指纹,从而识别桥梁结构的损伤位置和损伤程度.     

结构运营模态测-辨相和理论

运营模态是表征实际工程结构动力特性的重要参数。从结构动力学基本理论出发,阐释了振动测试与模态识别的动力学互馈本质,指出传统模态测试精度不高的根本原因在于两者的割裂操作,提出“振动测试正向服务模态辨识、模态辨识逆向指导振动测试”的动力学统一范畴,建立了结构运营模态测 辨相和理论,给出由响应强度、识别误差和重构精度三大系列评价准则构成的理论体系框架,以健康监测基准模型模拟数据和某大跨径桥梁实测数据为例,共同印证该理论可有效解决以往振动测试的盲目性和模态识别的被动性。文末,总结并展望了结构运营模态测 辨相和理论的发展趋势。     

基于模态灵敏度分析的框架结构损伤识别:灵敏度分析

结构损伤识别是开发结构安全监测系统中的一个重要课题。由于结构频率容易测试并且有较高的测量精度,因此成为损伤识别中广泛应用的模态参数。基于模态频率的灵敏度分析,提出了一种基于结构损伤前后频率变化测量的损伤参数识别方法,用于确定结构的损伤位置和损伤程度。     

立筒单仓模型动力测试与参数识别研究

以某粮库立筒仓结构单仓模型为研究对象,进行了环境激励测试方案和模态参数识别研究。结合单仓自身的结构特点,提出了切实可行的测点布置方案和分批测试方案。通过对测试数据进行预处理分析,消除了原始信号的趋势项,保留了所感兴趣的频率信号。利用时域模态参数识别方法识别得到了单仓有效的频率、阻尼比和振型,并与传统峰值拾取法识别结果进行了对比分析,实现了互补和验证。单仓研究结果可用于指导在役立筒仓结构的环境激励测试和模态参数识别研究。     

佛陈扩建桥钢-RPC组合铺装钢箱梁桥振动测试与模态识别

结构动力特性反映了桥梁质量和刚度分布特征,是桥梁动力分析的重要参数。为获得钢-RPC组合铺装正交异性桥面板钢箱梁桥的模态特征,了解桥面铺装刚度增大带来的结构整体刚度变化,采用基于参考点的环境激励法,通过在佛陈桥钢箱梁内布置多个测点,进行分批次测量,采用峰峰值拾取的方法识别了该桥多阶模态参数,测试的振型具有较好的合理性。     

基于AEEMD和改进DATA-SSI算法的桥梁结构模态参数自动化识别

模态参数作为桥梁结构最重要的动力参数之一,在实际运用中,可通过监测其变化情况来辨识结构的使用性能,精确地参数识别对保障桥梁健康运营具有十分重要的意义。鉴于此,该文对现阶段常用的振动信号降噪处理算法和模态参数识别算法进行了相应的改进。一方面,提出一种新的信号自适应分解与重构算法,即自适应总体平均经验模态分解算法（AEEMD）,该算法相比总体平均经验模态分解算法（EEMD）而言,能够根据信号的自身特征自动化确定添加白噪声的幅值标准差和集成平均次数|能更好地处理端点效应|同时还能够保证所得本征模态函数之间不存在模态混叠现象|最终实现有效IMF分量的自动化筛选和信号重构。另一方面,将多维数据聚类分析算法引入随机子空间算法中,并以频率值、阻尼比以及振型系数为因子建立判别矩阵,以智能化区分虚假模态和真实模态,最终实现模态参数自动化识别。文章最后分别用模拟信号和实际桥梁测试信号对所提算法的有效性进行验证,结果表明,该文所提算法能运用于实际桥梁结构的模态参数自动化识别。     

基于GRNN神经网络的桁架结构损伤识别的两步法

损伤识别方法是结构健康监测系统的重要组成部分。基于广义回归神经网络(GRNN)模型,建立了结构损伤识别的两步法,构造了用于损伤定位和损伤定量的不同损伤识别组合损伤指标,并引入模态应变能系数选择节点,最后,结合典型桁架结构进行了损伤识别数值模拟研究。结果表明,即使在只获得低阶频率和少量节点一阶振型数据且含有噪声的情况下,采用构造的组合参数,GRNN神经网络对损伤位置及损伤程度识别都取得了比较理想的识别效果。