从响应信号辨识斜拉桥模型的模态参数

针对斜拉桥模型在平稳随机激励下的模态参数辨识问题，研究了提高子空间方法参数辨识精度和可信度的有效途径。在矩阵奇异值分解的基础上，文中使用信号特征分量的能量指标来估计模型阶次，同时给出一种特征频率随拟合数据变化的稳定图。在虚假特征显示能力以及降低数值运算量等方面，这种形式的稳定图与能量指标的结合具有正更大的优越性。在斜拉桥模型的模态参数辨识中，物理模态和寄生模态得到了很好的分离，而且斜拉桥模型在分析频带内的物理模态被全部识别出来。辨识结果的比较说明了给出的辨识方法是有效的。     

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.     

贝叶斯方法在大跨度斜拉桥模态参数识别中的应用研究

为研究大跨度斜拉桥模态参数的不确定性,将遗传算法引入传统快速贝叶斯傅里叶变换法中,并采用高信噪比渐进估计值约束遗传算法的参数搜索空间,发展了一种大跨度桥梁的贝叶斯模态参数识别方法。利用悬臂梁数值模拟验证该方法的识别效率与精度;依托苏通大桥实测加速度数据应用上述方法开展大跨度斜拉桥的模态参数识别。在此基础上,探讨频带宽度系数对模态参数识别精度和不确定性的影响,并分析模态参数后验概率密度函数（PDF）的分布特征。结果表明,所提方法可有效识别大跨度斜拉桥的各阶模态参数;频率和振型的不确定性较低,而阻尼比的不确定性较高;将频带宽度系数限制在5～10有利于保证识别误差与不确定性的平衡;模态参数后验PDF符合高斯分布。     

海洋平台结构环境激励的实验模态分析

介绍了对位于渤海湾的“埕岛二号”中心生活平台所进行的现场测试实验,该平台为直立式导管架钢结构平台。此次现场实验是在波浪力、风等环境载荷激励下测试结构动力响应的。利用频域的模态识别法峰值法(PP)和时域中的自然激励法(NExT)结合特征系统实现算法(ERA)分别对海洋平台结构现场测试的动力响应数据进行模态参数识别;利用ANSYS建立了该平台结构的三维有限元模型,并进行结构的模态分析。海洋平台结构的理论和实验模态分析结果吻合较好,分析结果表明该类模态参数识别方法能够为结构损伤诊断提供基准模型,可以运用于实际结构的健康监测以及维护维修。     

用测试的模态参数辩识结构参数

在本文中,以结构的正交特征方程等为约束条件,从求解带约束的拉格朗日函数极值入手,提出了一种用测试的模态参数辩识结构参数的方法.通过算例说明了本方法在模型中有不易测得的自由度或为聚缩模型时的应用.本文方法可用于复杂有限元模型的参数辩识.算例表明:本文方法有较大的误差修正范围,并且有良好的辩识精度.     

哈尔滨四方台斜拉桥模态参数和索力识别

桥梁的模态参数是修正有限元模型、识别损伤及桥梁状态评估的重要参数。动力测试是获得模态参数的必要途径。建立了哈尔滨四方台大桥的有限元模型;利用8个力平衡加速度传感器采用分组测试的方式测试了桥面加速度,利用压电传感器测试了斜拉索的加速度;联合NExT法和ERA法进行了斜拉桥模态参数识别,并将识别结果与有限元模型的计算结果进行了对比分析;采用拉索基频的频差拟合识别法进行频率及索力识别,并进行了实测索力与设计索力的对比分析     

斜拉桥动力特性的参数分析

建立了斜拉桥动力分析的三维有限单元模型 ,研究了单元类型和参数变化对斜拉桥动力特性的影响。详细地讨论了斜拉桥非线性来源 ,并运用 6节点薄壁单元和 4节点索单元分别考虑了斜拉桥弯曲构件和索的非线性特性。通过对一斜拉桥的数值分析 ,得到了关于斜拉桥动力参数敏感性的一般结论。     

识别结构模态参数的神经网络方法研究

提出了在输入未知时基于频率呼应函数用神经网络识别结构模态参数的方法,并研究了不同的噪声水平和网络输入层点数目对网络输出误差的影响。讨论了网络对不同阶数模态参数的识别精度。数值结果表明此方法是可行的。     

基于分布式应变模态残差统计趋势的大跨斜拉桥损伤识别策略

近几年新兴的分布式测试技术得到了飞速发展,使得基于这类应变测试数据的损伤识别方法的研发显得尤为迫切。本文首先引入了分布式应变模态差损伤指标,并利用此指标对一大跨斜拉桥进行了损伤识别研究,分析了不同的测试环境、随机激励及损伤程度等因素对损伤识别效果的影响。然后对同种健康状态下的结构在不同测试环境条件下进行多次辨识,利用统计趋势分析和概率置信准则,提出了基于准分布式应变模态残差统计趋势的损伤识别策略。数值计算表明：所提策略很好的降低了各种随机干扰的不利影响,对斜拉桥主箱梁上发生损伤的多处单元都能准确识别出来,很好的解决了传统模态法损伤指标对结构早期轻微损伤不敏感的缺陷,避免了损伤淹没和误判现象。     

斜拉桥拉索的参数振动有限元分析

为探讨斜拉桥拉索发生大幅参数振动的条件,以及在振动过程中拉索的振幅和张力波动的特点,本文利用作者建立的几何非线性结构非一致激励响应分析方法,进行了斜拉索的参数振动有限元分析。分析表明:桥面的面内激励易使斜拉索的振动包含面外对称振型,从而出现组合振动现象;而桥面的面外激励只激起面外对称振动,不易引起斜拉索的面内振动;增加斜拉索的阻尼可抑制其振幅,缩小其发生大幅振动的频率范围,但其张力波幅却相应增加。所得结果与以往研究者的解析结果及实验观测现象相一致。     

大跨度钢桁梁铁路斜拉桥刚度参数敏感性分析

针对某大跨度钢桁梁铁路斜拉桥方案,采用变化结构刚度方法研究梁、索、辅助墩等构件刚度对桥梁结构及行车性能影响。结果表明,增大桁宽能显著增加桥梁横向抗弯刚度,但对车辆走行性影响有限;增加桁高或斜拉索面积能显著提高桥梁竖向基频、降低车桥竖向响应;桥面系对桥梁结构整体刚度贡献不大,对车辆响应影响有限;设置辅助墩可提高斜拉桥竖向刚度、降低车辆竖向加速度及梁端竖向折角等。     

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.     

斜拉桥与引桥地震碰撞影响因素研究

针对目前对大跨度斜拉桥抗震性能的研究多只以主桥为分析对象,而对斜拉桥与引桥之间碰撞问题的研究相对较少这一现象,以某九江大桥为例建立了斜拉桥与引桥之间的碰撞分析模型,分别对场地类型、斜拉桥重心高度和引桥结构形式等影响斜拉桥主桥与引桥之间碰撞效应的主要因素进行的系统分析,得到了一些有意义的结论,可为类似工程的抗震设计提供参考。     

非结构因素对钢-朱前坤玻璃组合人行结构模态参数的影响

基于模型现场试验测试,研究了环境温度与运营环境状态（附加质量、行人步行频率）等非结构因素对钢?玻璃组合人行结构模态参数的影响;建立了温度与结构模态参数之间的数学模型,分析了附加质量与行人步行频率对结构模态参数的影响规律。结果表明：一天内温度变化引起的结构模态频率变化可达2.17%,阻尼比变化达87.1%,同时给出了前3 阶竖向模态频率关于温度变化的一次线性拟合表达式;附加质量作用下由结构端部到跨中,结构模态频率逐渐减小,阻尼比逐渐增加,且随着附加质量的增加模态频率降低,阻尼比显著增大;由大量试验数据统计规律可知行人作用下步频对结构模态频率影响较小,结构频率略有减小,模态阻尼比显著增加。因此分析非结构因素对结构模态参数的影响对结构健康检测和损伤识别具有重要意义。     

Optimization of structural dynamic behaviour based on effective modal parameters

Optimization of complex structures often leads to high calculation costs. Indeed, the structure has to be frequently reanalysed in order to update the optimization criteria. We propose an optimization method based on effective modal parameters. These parameters are close to the modal matrices used for the modal analysis of a structure. Thus, once the structure has been analysed, it becomes very easy to calculate optimization criteria. First, we will explain the modal analysis that we will use in this paper. A modal model will be used to analyse the hollow parts of the structure. The modal analysis of the whole structure will be performed using substructuring and ‘double modal synthesis’ proposed by Jezequel. Secondly, we will explain how to obtain effective modal parameters and their use for optimization. Finally, we will show the efficiency of these parameters through the optimization of a complex structure, using two types of optimization methods. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于解析小波变换识别结构的模态阻尼参数

摘要: 在结构振动分析中,结构的模态参数尤其模态阻尼参数的准确识别是一项十分重要的任务。基于Gabor小波函数的解析小波变换(AWT)通过小波函数与复值信号的匹配机制揭示信号的幅频和相频信息以实现结构模态阻尼参数的识别。本文基于小波变换(WT)理论,讨论了Gabor小波函数的特性及解析小波变换的时频分辨率和端点效应问题;为实现结构模态阻尼参数的准确识别,我们提出了Gabor小波函数参数选取和有效信号长度确定的依据。最后,一个频率呈密集分布的三自由度(3DOF)结构的数值模拟数据验证了本文提出的模态阻尼识别方法的有效性。     

Seismic response analysis of a double-deck long-span cable-stayed bridge under multi-support excitations

In this article, the effect of earthquake ground motions, especially spatially varying motion, on the seismic response of a long-span double-deck cable-stayed bridge is investigated. Static and dynamic response analyses, with the focus on internal forces on web members, are carried out on the Shanghai Minpu Bridge which is the longest long-span double-deck cable-stayed highway bridge. Firstly, a program for the generation of multi-ground motions has been developed, based on the multivariate stochastic processes of the weighted amplitude wave superposition method in FORTRAN. Secondly, a refined finite element model composed of beam and shell elements and a simplified model using equivalent beam elements to model girders of the bridge are established in ABAQUS. Geometrical nonlinear static analysis is performed to get initial equilibrium configuration of the bridge for both the above models. Modal analysis is carried out on the initial equilibrium configuration and the natures of mode shapes for the refined model are discussed in detail. The dynamic response analyses under two groups of uniform seismic excitation indicate that the two models result in approximately identical results. Thirdly, the effect of nonlinear viscous dampers, located between the tower and the girder, on movement due to seismic excitation is investigated on the simplified model under uniform excitation. Results show that the dampers magnify the shear force and moment on lower tower columns in the longitudinal direction, but have relatively small effect on the upper tower columns. The shear force and moment of the tower base increase with the damping coefficient in a certain range. Finally, the characteristics of internal force for towers, subsidiary piers, and web members (vertical and oblique web members and side oblique chords) under multipoint excitation are examined. It is concluded that the abrupt changes on the shear envelope curves at the intersection of the tower column and the lower transverse beam are aroused due to the eight nonlinear fluid viscous dampers. The lateral moment of the subsidiary piers increases with the distance from the tower to subsidiary piers. The maximum axial forces of web members of side-span vary acutely, especially those of the vertical and oblique members close to the piers. For side oblique chords, the maximum axial force is uniformly distributed with the exception of members at the piers and the mid-span sections. Therefore, attention should be paid to the fluctuation forces of cables in seismic analysis of long-span cable-stayed bridges, since the uplift of girder ends may cause severe damage to bridges.     

Evaluation of structural joints in composites with modal parameters

The paper examines if modal parameters can be used in non-destructive test (NDT) methods for the control of the structural integrity of joints in large glass fiber reinforced polyester structures. Therefore, an attempt is made to look for a correlation between modal parameters and the accumulated damage of the joints of a stiffened plate structure that is subjected to several underwater explosions with successively higher shock loadings, until debonding of rib and panel is obtained. Attention is paid to the method used for the determination of the modal parameters. The evolution of the modal parameters in relation to the accumulated damage is discussed, after which it is concluded that modal frequency measurements are more appropriate as parameters in NDT of large structures than modal damping measurements.     

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。