环境激励下房屋建筑阻尼比的识别方法

阻尼比是结构动力分析的重要参数之一,阻尼比的准确取值是结构动力响应准确分析的前提.由于阻尼机理非常复杂,对阻尼比的取值一般通过实测得到.传统的模态参数识别方法同时需要已知激励和响应信号,但对实际建筑结构,激励施加存在困难.探讨了基于环境激励下的模态识别方法,利用环境激励下的结构振动响应数据,探讨了采用随机减量法和ITD(Ibrahim Time Domain)法相结合,有效地识别实际建筑结构的模态参数的方法.工程实例识别结果表明,该方法不仅能准确识别出结构的模态频率,也能相对准确地得到结构的模态阻尼比.     

台风作用下广州中信广场的模态参数识别

基于同步挤压小波变换(Synchrosqueezing wavelet transform,简称SST)和奇异值差分谱理论,发展了一种新的模态参数识别方法,以提高建筑结构模态参数识别结果的精度。该方法首先使用SST对结构的实测振动信号进行分解,得到若干个本征模态函数(Intrinsic mode functions,简称IMF)。再构建各个IMF的Hankel矩阵,进行奇异值分解,根据奇异值差分谱对IMF进行去噪处理。然后采用自然激励技术(Natural excitation technique,简称NExT),得到各IMF的自由衰减响应。最后通过Hilbert变换和曲线拟合获得结构的自振频率和阻尼比。采用该方法对台风“达维”作用下广州中信广场的实测加速度响应进行分析,并将识别出的结构模态参数与已有方法的识别结果进行对比。结果表明,该方法能有效地识别结构的模态参数,且具有较好的准确性与鲁棒性。     

大型冷却塔风致响应极值现场实测和有限元对比

通过现场实测数据分析发现冷却塔局部加速度响应呈现显著的非高斯分布,而基于高斯假定的风致响应极值估算方法已不能完全适用.为研究考虑非高斯特性的风致响应极值分布,以西北地区某179 m高大型冷却塔为研究对象,通过现场实测获取环境激励下塔筒典型部位的加速度振动信号,首先结合随机减量法和自然激励技术对信号进行预处理,再采用ARMA、ITD和STD三种模态识别方法获取了冷却塔前10阶自振频率和阻尼比,并与有限元动力特性结果进行对比验证,再借鉴振型组合思路提出结构等效综合阻尼比.采用两种极值估算方法(峰值因子法和Sadek-Simiu法)计算了不同样本的峰值因子和加速度响应极值,并给出了实测响应极值单一取值.最后基于完全瞬态时域法进行了实测阻尼比2%和规范阻尼比5%下的风振响应分析,并将有限元与实测响应极值进行对比和误差分析.实测和有限元分析对比研究表明:实测和有限元分析的结构前10阶自振频率结果较为一致,最大相差9%;两种极值估算方法获得的实测加速度响应极值最大相差32.02%;局部测点在实测阻尼比下的有限元风振响应极值与实测极值较为一致.     

IITD算法在滑油管路模态参数辨识中的应用

将端点延拓引入本征时间尺度分解(ITD)中用于改进其端点效应,并将改进的ITD法(IITD)用于结构模态参数识别,提出了基于IITD的模态参数识别方法(IITD-MPI).将IITD-MPI用于位移仿真信号和滑油管路测频信号的模态参数识别研究.研究结果表明,对于位移仿真信号而言,与理论值相比,IITD-MPI法辨识的模态固有频率最大误差小于0.6%,阻尼比最大误差为1%.对于滑油管路测频信号而言,IITD-MPI法辨识的模态固有频率与测试模态频率相比,差别在0.15%以内,其辨识的阻尼比与半功率带宽法识别的阻尼比差别不大于3%.由此,验证了IITD-MPI法的有效性和实用性.     

钢管混凝土框架模型模态试验及数值模拟

目的 了解钢管混凝土框架结构动力特性,为此类结构的抗震研究奠定基础.方法 利用单输入单输出(SISO)模态试验方法和数值模拟方法,对一榀钢管混凝土柱-H钢梁框架结构模型的动力特性进行测试分析.结果 模态试验方法得到结构频率、振型和阻尼比参数,数值模拟方法得到结构的固有频率和振型参数,两种方法得到结构的频率和振型符合较好.结论 单输入单输出的模态试验方法适用于钢管混凝土框架结构模型的动力特性分析,得到的阻尼比参数能为数值模拟提供参考;利用ABAQUS6.5软件对钢管混凝土框架进行动力特性分析是可行的,得到的振型、频率等动力特性参数能为结构抗震设计提供依据,在一定程度上可以代替模型试验.     

由车辆响应识别桥梁固有频率

在车辆上安装传感器获取车辆过桥动力响应,进而识别桥梁固的有频率,是近年出现的测试桥梁动力特性的新型方法。该方法相比在桥上安装大量传感器获取桥梁动力响应去识别桥梁固有频率,无论是在安装还是测试都节省了大量的人力物力,且在测试当中不需要阻断交通。本文由车辆在简支梁上匀速移动的情况,理论推导了车辆频率与桥梁频率的关系,通过数值模拟和实桥试验,由车辆过桥的振动响应,识别出了桥梁的一阶固有频率。     

基于灵敏度分析的弧门主框架多损伤检测方法

以频率作为弧形闸门主框架结构多损伤识别的主要动力参数,基于灵敏度分析方法,建立结构损伤位置及程度与结构多阶固有频率的关系矩阵,并根据此矩阵和实测频率的变化情况反解出结构的损伤位置与程度。为了反映结构不同位置的损伤对频率的影响,同时减小方程的未知量个数,给出了弧门主框架频率与损伤位置和程度的灵敏度关系图。计算结果表明：基于灵敏度分析的结构多损伤检测方法可识别弧形闸门主框架多位置发生损伤的情况,可为水工结构动力检测与损伤评估提供技术参考。     

基于ITD法的结构模态参数识别

本文运用ITD(Ibrahim Time Domain)法来识别振动台模型试验的模态参数.在基于结构动力响应的分析中识别结构的模态参数是结构健康监测和损伤识别等研究及工程实践的重要内容,也是前提和难点.本文首先运用随机减量法对振动台激励下的结构振动响应数据进行预处理,然后用ITD法识别出结构的频率、阻尼比和振型系数.利用本方法对同济大学土木工程防灾国家重点实验室12层钢筋混凝土框架模型振动台试验数据进行了分析,并将识别结果与有限元分析软件的数值模拟进行了对比.结果发现:模型试验结构的3～6层为结构的薄弱位置,且自振频率在随着加速度不断增加的地震波输入下呈阶梯形下降了两阶,之后呈现波动状态,结构振型在第27工况之后也和前面有明显的改变.     

弯曲型结构简化动力模型分析及TMD减振设计

采用等效刚度参数识别法对某高层建筑主体结构进行模型简化。对比了简化模型和ETABS原模型的动力特性和包括地震作用的多种激励下的结构响应。为了说明在高层建筑结构动力分析中使用正确模型的重要性,对剪切型模型和弯曲型模型的固有频率和振型进行了对比分析。以弯曲型模型和剪切型模型为基础,进行了调谐质量阻尼器(简称TMD)减振设计,将所得TMD附加于弯曲型主体结构,并对比结构的位移响应。结果表明,剪切型结构和弯曲型结构的动力响应存在较大差异,而弯曲型简化模型能准确地代表原模型,故不建议或者应谨慎使用剪切型模型对高层建筑结构进行减振装置设计。     

基于多阈值截取和不等概率抽样技术的随机减量法

将多阈值截取和不等概率抽样方法与随机减量法结合起来,对结构响应信号段长度不足时如何能较准确地识别结构系统的自振频率和阻尼比问题进行了研究,并给出了结构系统自振频率和阻尼比估计量的表达式。数值算例结果表明,当结构系统响应信号长度不足时,文中方法可较好地解决信号段长度与参数识别精度的矛盾,有效提高结构响应信号的利用率。     

高层建筑气动阻尼评估的随机减量技术

通过高层建筑气动弹性风洞试验，测得模型的顺风向、横风向和扭转风向加速度响应时程曲线，并用随机减量技术（RDT）分析、计算得到其气动阻尼，为高层建筑风振计算中气动阻尼的确定提供了方法和依据。     

Modal identification of long-span Runyang Bridge using ambient responses recorded by SHMS

Runyang Bridge is a newly built cable-supported bridge that crosses the Yangtze River in China. The bridge is composed of one suspension bridge and one cable-stayed bridge. During the construction of the bridge, a structural health monitoring system (SHMS) was installed, which was designed by the Southeast University. Since the bridge was open to traffic, quantities of structural ambient responses have been recorded by the SHMS. And, it’s really important to extract structrural information from these records for health monitoring. This paper presents the study on modal identification of the bridge. The dynamic properites including modal frequencies, mode shapes and damping ratios are extracted from the ambient responses. Two identification methods are employed including the enhanced frequency domain decomposition and the stochastic subspace identification. The identified modal parameters from the two methods are compared. Results show that modal frequencies and mode shapes from the two methods are almost the same while the damping ratios are different.     

Dynamic behavior of reinforced concrete frame structure during construction

The effects of concrete’s time-variant elastic modulus,casting structural components,assembling temporary shoring framework system,and shock by operating construction equipment on dynamic behavior of the reinforced concrete frame structure during construction were investigated. The dynamic tests of an eight-storey reinforced concrete frame structure during full-scaled stages of the sixth storey construction cycle were carried out by ambient vibration. Natural frequencies,corresponding mode shapes and damping ratio were determined by power spectrum processing the tested signal data in frequency domain. The changes of frequencies,mode shapes and damping ratios at different construction stages were given. The results show that natural frequencies and modal damping ratios reach the maximum at stage of casting fresh concrete,especially for higher modes. Modal damping ratios at each construction stage are less than 5% of those during usage.     

双塔电压发生器地震反应分析的Rayleigh阻尼矩阵

电压发生器设备因具有长细比大、重心高、阻尼比小等特点,十分不利于抵御水平地震作用或强风作用.为了研究此类结构在地震反应分析中阻尼矩阵的建模问题,以明置于室外地表的某双塔电压发生器为例,分析了结构的动力特性,并计算和讨论了结构在Taft波、El-Centro波和宁河波作用下,采用不同Rayleigh阻尼矩阵建模时的结构动力反应.计算结果表明:不同Rayleigh阻尼矩阵比例系数的选取,对结构的动力反应计算结果的正确性产生很大影响.因此应综合考虑地震波的频谱特性和结构的自振特性选取两阶自振频率,从而使得计算结果更加接近真实解.     

基于polyMAX的白车身锤击实验模态及灵敏度分析

针对传统模态分析方法的缺陷,采用polyMAX方法对某轿车白车身进行脉冲锤击法模态试验研究。首先建立白车身结构的测试系统模型,采用polyMAX方法进行试验模态特性分析,计算模态参数MAC值,并基此对车身结构进行灵敏分析。结果表明,模态测试系统满足精度要求：参数辩识结果有效可靠,结构参数的变化对车身结构的动态特性有较大影响,主要在于结构的质量和阻尼变化。     

顺风激励下高层建筑多重调谐质量阻尼器振动控制的参数研究

基于虚拟激励法，进行顺风激励下结构多重调谐质量阻尼器(MTMD)位移和加速度控制时的参数研究，MTMD具有相同的刚度和阻尼系数但不同的质量，因而最易制作．MTMD最优参数的评价准则定义为，设置MTMD结构的最大位移和加速度动力放大系数的最小值的最小化．MTMD有效性的评价准则定义为，设置MTMD结构的最大位移和加速度动力放大系数的最小值的最小化与未控结构的最大位移和加速度动力放大系数之比值．MTMD冲程的评价准则定义为，MTMD位移动力放大系数的最大值．数值研究表明，结构基本周期和风载大小对MTMD的最优参数和有效性影响很小．但MTMD的冲程对结构基本周期和风载大小的变化比较敏感．MTMD冲程是决定MTMD造价的一个重要指标，因此，应避免受控基本周期产生大的偏移．设计MTMD时，需精确地估计结构的基本周期．此外，n=7～15是高层建筑顺风向MTMD风振控制较佳的总数范围。     

地震作用下框架-剪力墙结构动力响应研究

针对框架-剪力墙结构中框架与剪力墙相互作用下的地震响应求解问题,建立了高层框架-剪力墙结构的动力分析模型。框架结构部分对剪力墙结构部分的影响通过边界条件的引入,推导出框架-剪力墙结构的频率方程及振型正交条件,进一步对无限自由度框架-剪力墙结构的振动方程进行解耦,推导出框架-剪力墙结构的广义质量及广义荷载,然后通过振型叠...     

十六层钢筋混凝土剪力墙结构模型模态试验分析

采用相似理论对十六层剪力墙结构进行模型设计，并采用多输入单输出的方法进行传递函数及空间振型分析，得到基固有频率，空间振型，阻尼比及刚度等结构力学参数，为高层建筑结构设计提供了重要的参考依据。     

VED在控制高层钢结构建筑风振反应中的研究

研究了用于控制高层钢结构建筑风振反应的粘弹性阻尼器(VED)设计方法.通过计算整体结构的有效阻尼比,建立了设置VED结构抗风设计的风振系数和脉动增大系数的调整公式,得到了设置VED结构在顺风向和横风向的层加速度计算方法并以例子证明了VED是一种有效的耗能减振构件,它有效地减小了结构顺风向位移和横风向风振加速度.     

基于Hilbert-Huang变换的大跨屋盖气动阻尼识别

当风流经大跨柔性屋盖时，屋盖在内外压共同作用下表现出显著的流固耦合特性.根据Hilbert-Huang变换的特点，在比较多种气动阻尼识别方法的基础上，提出联合采用经验模态分解法(EMD)、改进的随机减量法(MRDT)和Hilbert变换法(HT)进行大跨屋盖气动阻尼识别研究，并详细阐述了联合法的技术原理.通过大跨屋盖气弹模型风洞试验，将采集的信号经EMD法得到各阶模态响应(IMF)，提取主要IMF经过MRDT、HT及带通滤波技术，识别出屋盖在四周封闭和突然开孔两种状态下的气动阻尼和固有频率.研究了在不同风速下屋盖气动阻尼的变化特性.在突然开孔时，气动阻尼对屋盖风致振动的影响不可忽略