破损状态下斜拉桥模态参数的识别

本文以自由交通流作为环境振源对永和斜拉桥动力特性进行测试，对其使用15年后的模态参数进行识别，结果表明，采用本文提出的方法避免了由于禁止车辆通行、采样时间长等问题给环境随机振动测试带来的困难，具有很大的优越性，其测试数据可作为斜拉桥破损状态下的动力指纹，本文提出的方法可为结构在线健康监测提供技术支持。     

基于环境振动测试的润扬桥塔模型修正

桥塔是决定大跨度桥梁结构动力特性的重要部分之一,系统而深入地认识桥塔的动力特性是十分重要的。本文采用环境激励振动测试的方法对润扬桥塔的振动特性进行了测试,识别了其重要的模态参数。为了更深入地了解桥塔的力学性质,建立了桥塔的空间结构模型,依据最小秩方法(MROU),对结构模型进行了修正,识别出桥塔中重要的力学参数。修正后的模型为进一步模拟仿真分析大型桥塔在恶劣环境下的动态响应提供基础。     

大跨斜拉桥环境模态频率识别的最大熵法研究

大跨斜拉桥结构的振动特性随环境与运营条件的变化表现出时变的特征。本文对润扬大桥斜拉桥结构的实测加速度响应信号采用复模态指示函数法(CMIF法)进行了模态参数识别,在此基础上采用最大熵法对实测模态频率的不确定性进行了分析。分析结果表明,环境温度的变化对斜拉桥模态频率的影响是长期性的趋势,而交通荷载和风荷载对模态频率的影响则由于荷载的非平稳性呈现瞬时的颤动变化。采用最大熵法较好地改善了润扬大桥斜拉桥的环境模态频率识别效果,有效地减少了实测模态频率因车辆和风荷载随机因素影响的变异性。     

基于响应功率谱传递比的应变模态参数识别方法研究

结构工程在建成服役后,其动力灾变和安全服役问题突出。在研究结构动力灾变机理和动力安全性评估时,一个关键问题就是正确地识别结构工作时的动力特性或模态参数。近年来,应变模态参数由于其对结构损伤较位移模态参数具有的更高的灵敏度等优点而受到较为广泛地关注,应变模态参数识别也成为了结构健康监测领域的研究热点。文章对基于功率谱传递比的应变模态参数识别方法进行了研究。论文构建了应变功率谱传递比的概念,证明了应变功率谱传递比函数在系统极点处具有与两测点应变振型之比等价的特性,并将其用于结构应变模态分析。最后,通过数值算例和实验梁振动测试分析验证了方法的准确性和有效性。     

某居民楼结构的模态识别与仿真研究

运用振动测试仪器对某高层居民楼的动力特性进行了现场实测,通过模态识别技术对该结构的自振频率和阻尼比进行了参数识别,并在此基础上,采用有限元软件建立三维有限元模型,同时对其动力特性进行了数值仿真。     

大跨度混凝土斜拉桥模态试验技术研究

随着大跨度斜拉桥建设的迅速发展,试验模态分析对于验证设计、建立结构动力学模型以及桥梁安全运行的状态评估具有重要意义。斜拉桥是由索、梁和塔三种受力特点完全不同的构件组成的组合体系,尤其是混凝土斜拉桥由于恒载内力较钢斜拉桥大很多,且振动信号衰减更明显,其模态试验比其它桥型更加困难。本文通过研究混凝土斜拉桥的模态参数特点,发展了一种包含两种方式基于环境激励的桥梁模态试验方法(UINO法),提出了利用互功率谱法进行模态参数识别的分析技术,并以此为基础开发了桥梁模态试验专用软件系统QL-SYMT。通过多座大跨度混凝土斜拉桥的模态试验证明,该系统不仅能有效识别出桥梁的模态参数而且方便易行。     

模式识别的斜拉桥损伤诊断动力指纹与识别算法

为有效并准确诊断出斜拉桥损伤,对基于模式识别的斜拉桥损伤诊断方法进行了研究。选取易于测试出的低阶模态频率和部分关键点竖向振型数据为动力指纹,无需模态扩展或模型缩聚。研究并采用全因子设计进行动力指纹库的创建,可精确评估设定的损伤因子及其交互作用对损伤识别结果的影响。设计并增加了带随机误差的动力指纹库样本集。编制了基于Matlab的模式识别的多种算法,重点研究了精确度高的多层感知器识别算法及其提高该算法预测准确率的装袋集成算法。最后给出一座单塔双跨双索面斜拉桥的多种识别算法的损伤诊断过程和结果,得到一种可包容测试随机误差的高精确度斜拉桥损伤诊断评估模型。     

大跨度钢-混组合梁斜拉桥悬臂施工及成桥阶段模态研究

大跨度钢-混组合梁斜拉桥结构施工和成桥阶段的模态参数(振动频率、振型及阻尼比)是大桥动力学性能的决定因素之一,也是结构总体状态的一种表征。斜拉桥结构的结构体系问题、抗风性能、抗震性能均与大桥结构的动力特性密切相关。采用MIDAS/Civil结构分析软件建立了齐河黄河大桥钢箱梁斜拉桥的三维有限元模型,分析了大桥在施工和成桥阶段的振动特性,并与现场跟踪模态测试结果进行了比较,总结并完善斜拉桥悬臂施工中结构关键节点的振动分析,分析索塔施工和主梁悬拼过程中结构模态参数,剖析了斜拉桥在悬臂施工过程和成桥后结构自振特性的变化规律。     

基于曲率模态小波分析的单塔斜拉桥损伤识别

基于曲率模态小波分析原理及有限元法分析了含有损伤单元的单塔斜拉桥的振动特性;以Mexh小波为母小波,通过对损伤斜拉桥的曲率模态做连续小波变换,由小波系数模极大值位置识别斜拉桥损伤的位置,建立了一种基于曲率模态小波分析识别斜拉桥损伤的方法;采用该方法对单塔斜拉桥的损伤识别进行了计算分析。结果表明:该方法具有有效性,对于各类型桥的损伤诊断具有指导意义。     

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。     

Operational modal testing and FE model tuning of a cable-stayed bridge

The paper presents the results obtained from the application of different output-only modal identification techniques to ambient response data collected in two dynamic tests of a cable-stayed bridge and the subsequent finite element model correlation analysis. The first test, performed by using a traditional data acquisition system with servo-accelerometers, was aimed at investigating the vertical dynamic characteristics of the bridge. In the second test, an innovative radar vibrometer was used for non-contact measurement of deflection time series of the forestays and the identification of local natural frequencies of the stay cables.In the theoretical study, vibration modes were determined using a 3D Finite Element model of the bridge and the information obtained from the field tests, combined with a classic system identification technique, provided a linear elastic model, accurately fitting the modal parameters of the bridge in its present condition.     

环境振动下的钢管混凝土拱桥试验与分析

环境振动试验是检测大型桥梁结构的主要方法,检测得到的模态参数是判定桥梁健康状况的重要依据.本文基于随机振动理论,从雁滩黄河大桥在环境激励下获得的加速度测试信号中提取高信噪比的响应信号,采用频域峰值法和时域随机子空间法识别得到了该桥的固有频率、阻尼比和振型等模态参数,并与有限元模型计算结果进行了对比,验证了识别结果的可靠...     

检测桥梁动力特性的车辆随机激励法

提出了一种利用车辆振动作为振源的"车辆随机激励法",用来检测桥梁的动力特性。从理论上证明了该方法的可行性,并在天津永和桥上做了检验,证实了该方法的实践可行性。该方法可以在不中断交通的情况下对大型桥梁结构的振动模态进行测试,对于运营桥梁的破损诊断和耐久性评估具有重要意义。     

城市交通产生的振动对人行天桥的影响分析

对某人行天桥附近地面和桥上进行振动数据采样,根据测试结果,对天桥在激励下的动力响应的特点作出了讨论,分析了城市道路交通产生的地面振动的传播规律,对城市交通振动对环境的影响进行了初步评价,最后将数值结果与允许振动标准作出比较,得出了交通振动对天桥振动的影响。     

基于模态挠度的斜交桥静载试验数值方法

为了探讨不中断交通情况下进行桥梁静载试验的可行性,以斜交简支空心板桥龙山桥为研究对象,研究基于模态挠度的静载试验应用于斜交板桥承载力评估的计算精度问题。首先利用环境激励获得桥梁在运营状态下的模态参数,再采用附加质量法对桥梁模态振型进行质量归一化,计算桥梁的位移柔度矩阵,最后利用位移柔度矩阵和等效荷载分配的方法计算桥梁的模态挠度。建立龙山桥的有限元梁格计算模型,根据荷载试验规程设计了静载试验中载和偏载2个加载工况,利用龙山桥的前5阶模态参数计算位移柔度矩阵,预测桥梁在2个加载工况下各控制截面的模态挠度,并与有限元模型计算挠度和实测挠度相对比。结果表明:中载工况下模态挠度与计算挠度相比,相对误差均小于5%,控制截面最大计算相对误差为3.55%; 偏载工况下模态挠度与计算挠度相比,相对误差均小于6%,控制截面最大相对误差为5.15%,能够满足工程精度要求; 模态挠度能够有效代替桥梁静载试验的实测静载挠度,利用模态挠度评估桥梁承载力具有较强的有效性和可行性。     

Modal Identification Study of Vincent Thomas Bridge Using Simulated Wind-Induced Ambient Vibration Data

Abstract:   In this article, wind-induced vibration response of Vincent Thomas Bridge, a suspension bridge located in San Pedro near Los Angeles, California, is simulated using a detailed three-dimensional finite element model of the bridge and a state-of-the-art stochastic wind excitation model. Based on the simulated wind-induced vibration data, the modal parameters (natural frequencies, damping ratios, and mode shapes) of the bridge are identified using the data-driven stochastic subspace identification method. The identified modal parameters are verified by the computed eigenproperties of the bridge model. Finally, effects of measurement noise on the system identification results are studied by adding zero-mean Gaussian white noise processes to the simulated response data. Statistical properties of the identified modal parameters are investigated under an increasing level of measurement noise. The framework presented in this article will allow us to investigate the effects of various realistic damage scenarios in long-span cable-supported (suspension and cable-stayed) bridges on changes in modal identification results. Such studies are required to develop robust and reliable vibration-based structural health monitoring methods for this type of bridge, which is a long-term research objective of the authors.     

Environmental effects on the dynamic characteristics of the Gülburnu Highway Bridge

This paper investigates environmental effects on dynamic characteristics of isolated highway bridges constructed with the balanced cantilever method using ambient vibration test. The Gülburnu Highway Bridge located on the Giresun-Espiye state highway is selected as an application. Measurement time, frequency span and effective mode number are selected by considering similar studies found in the literature. The first measurement tests are conducted in June 2009 and traffic over the bridge is used as a source of ambient vibrations to obtain the dynamic characteristics such as natural frequencies, mode shapes and damping ratios. The second measurement tests are conducted in November 2011 using ambient vibrations and the dynamic characteristics are obtained, experimentally. The output-only modal identification of the bridge is effectively carried out using the enhanced frequency domain decomposition method in the frequency domain and stochastic subspace identification method in the time domain. At the end of the study, experimentally identified dynamic characteristics are compared with each other and environmental effects are investigated in detail. The analysis results reveal that the identified natural frequencies provide an effective indication for changes of dynamic characteristics of the bridge due to environmental effects. Significant variability in the identified natural frequencies is changing by up to maximum 14%.     

基于试验模态参数的索-拱铁路桥的改进有限元模型

介绍基于模态参数的索-拱铁路桥的校准数值模型。基于扩大的频域分解法,采用只输出技术,通过扰动测试来确定自振频率,桥梁振动的整体和局部模态对应的振型及阻尼系数。采用一种遗传算法对数值模型进行改进,该算法可以在数值模型的15个参数中得到最优解。为了与模态匹配,采用了一种基于模态应变能计算的新技术。考虑到不同的初始种群,大量参数的稳定性证明了数值模型在优化范围内所采用优化算法的鲁棒性。通过一个混凝土的变形模量的特征试验和铁路运输下的动力试验,对改进的数值模型进行了验证。结果显示数值模拟结果与试验结果吻合较好。