基于自由振动响应识别颤振导数的特征系统实现算法

桥梁断面的颤振导数在研究桥梁风致颤振稳定性上扮演着重要的角色，通常通过节段模型风洞试验获得。提出采用时域特征系统实现算法来识别节段模型振动系统的模态参数，进而提取桥梁断面颤振导数的方法。为验证该方法的可行性，进行了二自由度流线型薄平板节段模型自由振动风洞试验，并将识别的气动导数值与Theodorsen理论解进行了比较。     

桥梁颤振导数自由振动识别的分段扩阶最小二乘迭代算法

研究了利用节段模型风洞试验的自由振动信号直接识别系统矩阵的时域法。在可识别性研究的基础上，给出了最小二乘一次完成算法、倒置时序算法、分段识别算法和分段扩阶最小二乘迭代算法（SEO-ILS法）。随后SEO-ILS法用于桥梁颤振导数识别：先直接识别出系统矩阵，在识别出二自由度节段模型各不同风速下的等效刚度和等效阻尼矩阵后，即可同时提取8个颤振导数。风洞试验表明，文中方法有效可行。     

基于EMD处理信号的桥梁颤振导数识别

桥梁风洞试验采集信号都不可避免地被噪声污染,并且具有一定的非平稳性,因此导致桥梁颤振导数识别精度降低.为了提高识别精度,基于经验模态分方法分离信号固有模态函数,消除了高频噪声和低频非平稳趋势项.基于原始采集信号及由经验模态分解处理后的信号采用随机搜索方法识别了苏通大桥节段模型颤振导数,两种情况下的识别结果差异不容忽略.分析结果表明,经验模态分解是提高桥梁颤振导数识别精度的一种行之有效的方法.     

桥梁断面颤振导数识别的加权最小二乘法

基于节段模型弯扭耦合自由振动试验,在现有的最小二乘迭代法中引入加权矩阵,给出了桥梁断面颤振导数识别的加权最小二乘迭代法(WLS法)。设计了一个节段模型仿真系统将WLS法与现有方法进行了比较,试验结果验证了WLS具有更好的识别精度和计算效率。最后基于MATLAB语言编制了颤振导数识别程序并应用于风洞试验中,通过不同识别方法的风洞试验结果对比验证了该方法的正确性与可靠性。     

识别桥梁断面颤振导数的快速相关特征系统实现算法

风洞试验是获取桥梁断面颤振导数最直接和有效的方法.由于高风速下各种噪声对振动信号的污染,造成高风速下颤振导数识别的难度加大,因此合理的算法选择显得特别重要.介绍了一种基于响应数据相关的特征系统实现算法(快速相关ERA),并提出了将该算法在桥梁断面颤振导数识别上的实现.然后以具有理论解的Theodorsen理想平板为例,通过数值仿真和系统识别得到了一定折算风速范围不同噪声水平下的颤振导数.识别的理想平板颤振导数与Teodorsen理论解的合理一致性,验证了算法的可靠性和鲁棒性.     

桥梁颤振导数的耦合强迫振动仿真识别

提出了一种新的桥梁颤振导数识别方法——耦合强迫振动识别法，并采用CFD仿真桥梁节段模型的耦合强迫振动，通过数值计算节段模型上的颤振自激力，识别出节段模型的颤振导数。以丹麦的大带东桥为例，用仿真耦合强迫振动法识别了该桥梁节段模型的8个颤振导数，并计算了颤振临界风速，其计算结果与风洞试验结果一致，证明了所提出的耦合强迫振动识别法及数值仿真识别方法是可行的。     

桥梁颤振导数识别的时域法与频域法对比研究

同时提出了基于桥梁节段模型强迫振动风洞实验的颤振导数时域识别法与频域识别法.开发了一套两自由度强迫振动装置,用它进行了三种节段模型的强迫振动法风洞试验.用这同一批实验数据作了两种方法的对比研究.采用两种或多种数据处理方法,可以提高颤振导数识别结果的可信度.频域法自身包含有滤波过程,因而抗干扰能力强,识别的颤振导数曲线平顺光滑;时域法的定解方程对信号相位差较敏感,易受杂波干扰导致结果漂移或波动.     

桥梁断面颤振导数的CFD全带宽识别法

由于需要在不同折算风速下重复进行大量试验或CFD(Computational Fluid Dynamics)模拟,现有风洞试验和CFD方法识别桥梁断面颤振导数耗时且效率低。提出一种基于CFD离散时间气动模型,快速识别感兴趣折算风速带宽内任意折算风速下桥梁断面颤振导数的全带宽识别法。该法基于任意拉格朗-欧拉描述的有限体积法和多层网格技术,首先计算作用在桥梁断面上的非定常气动力,CFD模拟时强迫桥梁断面以单自由度竖弯或扭转方式振动,位移模式为定义在感兴趣的频率范围内的指数脉冲时间序列。然后利用得到的气动力和该指数脉冲输入,通过系统识别建立起反映桥梁断面气动力系统特性的离散时间气动模型。随后利用该气动模型仿真桥梁断面在简谐位移激励下的气动力响应,并由该模型的输入和响应通过系统识别得到桥梁断面的颤振导数。该法在竖弯和扭转方向各仅需一次CFD模拟,就可构造离散时间气动模型,使得颤振导数识别的计算量显著降低。开展了三汊矶大桥加劲梁断面颤振导数识别和颤振临界风速计算,研究结果与风洞试验的一致性,证明了方法的可靠性和高效性。     

有偏心桥梁断面气动导数识别的分段扩阶最小二乘迭代法

应用拉格朗日方程,建立了风洞中弹性悬挂的二自由度桥梁节段模型质心的竖向和扭转运动方程,所建立的数学模型考虑了无风时竖向阻尼力中心和弹性中心与质心的偏心。提出了利用节段模型风洞试验的自由振动信号直接识别系统矩阵的分段扩阶最小二乘迭代算法(SEO-ILS法)。给出了无风时偏心节段模型物理参数及模态参数的识别方法,并用于无偏心平板模型和有偏心桥梁节段模型的气动导数识别。风洞试验表明,方法有效可行。     

红光大桥风洞节段模型的动力学参数辨识

颤振气动导数识别是桥梁颤振理论研究的核心与关键问题,现有文献的主要方法是基于对系统自由振动响应数据的拟合,通过时域模态分析方法识别颤振气动导数.以柳州红光桥节段模型为背景,运用基于相关函数矩阵的特征系统实现法,通过分析桥梁节段模型在均匀流风场与紊流风场下的响应,分别辨识出桥梁模型的动力学参数,并进行比较,为实现最终的颤振气动导数的识别提供了宝贵的经验.     

基于节段模型测振试验的大跨度桥梁抖振响应预测

传统大跨度桥梁抖振响应计算是基于颤抖振理论,并借助节段模型测压或测力试验进行,目前鲜有通过节段模型测振试验实现桥梁抖振响应预测的报道。基于抖振分析理论推导了考虑三维效应的两波数抖振力,并根据综合传递函数的概念提出了基于节段模型测振试验的大跨度桥梁抖振响应预测方法。以某流线型箱梁悬索桥为例,通过节段模型及全桥气弹模型试验研究了该预测方法的精度及可行性。结果表明:结构展宽比对综合传递函数识别精度存在影响,展宽比越大,识别精度越高。即使在湍流积分尺度并未远大于结构宽度的前提下,增大模型展宽比可有效减弱三维效应的影响。基于节段模型测振试验识别综合传递函数的方法可用于大跨度桥梁抖振响应的预测,该方法预测结果偏于保守。     

识别桥梁断面18个颤振导数的梯度下降算法

桥梁断面颤振导数识别问题可转化为最小二乘优化问题,提出了梯度下降算法求解该优化问题,提取桥梁主梁断面18个颤振导数。梯度下降算法在随机搜索过程中引入反馈机制,能够快速搜索到最优解,可用于系统参数识别,并且能够保证精度。采用该算法识别了苏拉马都大桥主梁断面18个颤振导数,并且与随机子空间方法识别结果进行对比分析。给出了现有弹簧悬挂系统自由振动方法识别桥梁断面颤振导数高风速时稳定性较差、侧向颤振导数识别精度相对较低的原因。试验方法是影响颤振导数识别精度的决定性因素,识别方法是相对次要因素。     

PC板式加劲梁悬索桥三维颤振特性分析

以规划的贵州某PC板式加劲梁悬索桥为研究对象,针对施工和成桥两种状态,利用节段模型强迫振动风洞试验,识别了-3°、0°和3°三个风攻角下PC板式加劲梁的8个颤振导数。通过有限元软件ANSYS的二次开发,对大桥进行了颤振全模态频域分析,研究了不同风攻角和栏杆对该桥颤振特性的影响。研究发现,在0°风攻角下,栏杆(成桥状态)显著恶化了加劲梁的颤振特性;无论是施工状态(无栏杆)还是成桥状态,负攻角下大桥颤振临界风速显著降低;相反,正攻角下施工和成桥均有很高的颤振临界风速。这表明,此类PC板式加劲梁悬索桥对来流风攻角非常敏感,因此栏杆气动外形优化和桥址风场条件研究非常重要     

桥梁风工程研究的若干新进展

介绍我们近年来结合桥梁抗风实际需要的4项研究成果。(1)桥梁节段模型强迫振动风洞实验方法与相应的颤振导数时域识别法与频域识别法,用同一批实验数据作了两种方法的对比研究。频域法自身包含有滤波过程,因而抗干扰能力强,识别的颤振导数曲线平顺光滑;时域法的定解方程对信号相位差较敏感,易受杂波干扰导致结果漂移或波动。(2)以佛山平胜大桥为工程背景,研究了上下行车道主梁相互独立并行带来的双幅桥面的气动干扰及串列双主缆的气动干扰问题。(3)拉索风雨振现场观测与振动控制研究。在岳阳洞庭湖大桥建立了风雨振观测系统,并连续四年进行了长时间现场观测,在风速、风向、雨量等参数对风雨振的影响规律与拉索风雨振振动形态方面有新的发现。开发了一套磁流变式拉索减振新技术,并已于2002年在岳阳洞庭湖大桥全桥实施,三年来显示了良好的减振效果。(4)针对城市桥梁磁流变减振系统的低压供电线路最易受到人为的破坏的问题,设计开发了一种永磁调节装配式磁流变阻尼器(PMAA-MR),并将其成功应用于长沙洪山大桥的拉索减振。     

千米级斜拉桥空气动力学问题

以苏通大桥为背景,对超大跨径斜拉桥的空气动力学问题进行了研究,着重讨论了超大跨径斜拉桥的动力特性、风荷载、基于气弹模型的颇振导数识别、结构体系以及涡激振动特性等一系列问题.研究结果表明,考虑侧向风荷载作用下斜拉索的非线性效应之后,全桥结构的竖向刚度有折减现象.同时发现Fixed-Fixed体系是解决顺桥向风荷载的有效途径,还提出了基于气弹模型的颤振导数识别方法,并就斜拉桥的涡激振动和雷诺数效应进行了探讨.