基于HHT的二灘拱壩工作性態(tài)識(shí)別及其“拍振”機(jī)理研究.pdf

1、高拱壩泄流結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期泄流荷載作用下極易發(fā)生疲勞或振動(dòng)破壞,嚴(yán)重影響工程的正常運(yùn)行和效益的發(fā)揮。因此必須尋找有效的檢測(cè)手段,以快速、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)水工結(jié)構(gòu)中存在的隱患及病害,有效預(yù)報(bào)其安全狀況,對(duì)其運(yùn)行的可靠性進(jìn)行評(píng)估。水工結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷會(huì)導(dǎo)致特定部分的質(zhì)量或剛度發(fā)生損失,進(jìn)而引起結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性發(fā)生變化,這些都將在結(jié)構(gòu)的模態(tài)信息中有所反映。因此如何精確地獲取結(jié)構(gòu)的模態(tài)信息是水工結(jié)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)的重要前提。本文針對(duì)這一問(wèn)題展開(kāi)一系列研究,主要包括以

2、下四方面內(nèi)容:
　　(一)二灘拱壩泄洪振動(dòng)特性研究。首次應(yīng)用自回歸AR模型對(duì)大型水工結(jié)構(gòu)泄洪振動(dòng)信號(hào)的頻譜進(jìn)行分析,將壩體上布置的11個(gè)測(cè)點(diǎn)按照壩頂拱圈和拱冠梁兩個(gè)方向進(jìn)行幅值域、頻域和特征指標(biāo)分析,得到泄流激勵(lì)下二灘拱壩的振動(dòng)特性。
　　(二)基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(EMD)的濾波方法研究。本文將HHT法引入到水工結(jié)構(gòu)泄洪振動(dòng)信號(hào)的分析中,結(jié)合EMD是一個(gè)不斷從高頻到低頻濾波這一本質(zhì),從信號(hào)本身的時(shí)間特征尺度出發(fā),對(duì)分解得到的某

3、些IMF分量進(jìn)行組合,構(gòu)成高通、帶通、低通濾波器以濾除噪聲。提出了基于信號(hào)相關(guān)性的EMD濾波方法和基于EMD與小波閾值相結(jié)合的濾波方法,并將兩種方法應(yīng)用到實(shí)測(cè)水工結(jié)構(gòu)泄洪振動(dòng)信號(hào)的濾波降噪中。
　　(三)二灘拱壩“拍振”機(jī)理研究。引入自然界中“拍”的概念,研究了初相差、頻率比和振幅比對(duì)“拍”的影響。應(yīng)用SSI法模態(tài)識(shí)別的結(jié)果和壩體測(cè)點(diǎn)主頻統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)合實(shí)測(cè)“拍振”現(xiàn)象的自身特點(diǎn),對(duì)泄洪振動(dòng)下二灘拱壩“拍振”現(xiàn)象的機(jī)理進(jìn)行研究。

4、r>　　(四)泄流激勵(lì)下高拱壩的模態(tài)參數(shù)識(shí)別研究。針對(duì)原型動(dòng)力試驗(yàn)激勵(lì)難的問(wèn)題,本文結(jié)合水工結(jié)構(gòu)環(huán)境激勵(lì)荷載的特點(diǎn),首先提出NExT+HHT法對(duì)工作狀態(tài)下二灘拱壩模態(tài)參數(shù)進(jìn)行識(shí)別,得到拱壩的前4階工作模態(tài);針對(duì)密頻結(jié)構(gòu)響應(yīng)信號(hào)EMD分解過(guò)程中出現(xiàn)的模態(tài)混疊現(xiàn)象,首次提出了帶通濾波和偽信號(hào)處理技術(shù)相結(jié)合的方法,對(duì)泄洪振動(dòng)信號(hào)的EMD過(guò)程進(jìn)行控制,精確地得到結(jié)構(gòu)的各階模態(tài)分量,然后應(yīng)用隨機(jī)減量法提取出各階模態(tài)分量的自由衰減信息,最后對(duì)自由衰