基于SHMS的大跨度懸索橋模態(tài)參數(shù)識(shí)別及有限元模型修正.pdf

1、橋梁結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)識(shí)別和有限元模型修正均是大跨度橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的主要研究熱點(diǎn)，準(zhǔn)確識(shí)別結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)、修正對(duì)應(yīng)的有限元模型可為橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估、損傷識(shí)別及養(yǎng)護(hù)維修奠定基礎(chǔ)，為同類橋梁的合理設(shè)計(jì)、施工及養(yǎng)護(hù)等提供參考。本文以潤揚(yáng)懸索橋?yàn)楣こ瘫尘?，緊緊圍繞大跨度懸索橋模態(tài)參數(shù)識(shí)別和有限元模型修正兩個(gè)熱點(diǎn)問題，利用該橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(SHMS)實(shí)測(cè)的臺(tái)風(fēng)期間風(fēng)數(shù)據(jù)及結(jié)構(gòu)振動(dòng)數(shù)據(jù)，開展基于SHMS的大跨度懸索橋模態(tài)參數(shù)識(shí)別及有限元模型修正

2、研究。主要研究?jī)?nèi)容包括:
　　(1)潤揚(yáng)懸索橋橋址區(qū)實(shí)測(cè)臺(tái)風(fēng)非平穩(wěn)風(fēng)特性分析。依托于該橋SHMS記錄的實(shí)測(cè)風(fēng)速、風(fēng)向數(shù)據(jù)，以“麥莎”和“韋帕”臺(tái)風(fēng)為研究對(duì)象，分別基于平穩(wěn)和非平穩(wěn)風(fēng)速模型得到了對(duì)應(yīng)的平均風(fēng)速、紊流強(qiáng)度、紊流積分尺度和紊流功率譜密度等風(fēng)特性，并將兩種模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。研究結(jié)果表明，臺(tái)風(fēng)期間實(shí)測(cè)風(fēng)速表現(xiàn)出明顯的非平穩(wěn)特性，此時(shí)非平穩(wěn)風(fēng)速模型在刻畫風(fēng)特性時(shí)具有更好的適用性。
　　(2)基于三類典型方法的大跨度

3、懸索橋模態(tài)參數(shù)識(shí)別對(duì)比研究。利用潤揚(yáng)懸索橋SHMS采集的臺(tái)風(fēng)期間的主梁振動(dòng)數(shù)據(jù)，分別采用平均正則化功率譜方法(ANPSD)、隨機(jī)子空間法(SSI)和希爾伯特黃變換法(HHT)識(shí)別大橋主梁模態(tài)參數(shù)，并將識(shí)別結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，以評(píng)判三種方法對(duì)該橋進(jìn)行模態(tài)參數(shù)識(shí)別的適用性。研究結(jié)果表明，臺(tái)風(fēng)期間主梁實(shí)測(cè)加速度響應(yīng)表現(xiàn)出明顯的非平穩(wěn)特性，HHT方法適用于非平穩(wěn)信號(hào)的處理，且就本案例而言，基于該方法識(shí)別的模態(tài)參數(shù)更為準(zhǔn)確。因而，選用HHT方法作為

4、后續(xù)研究中模態(tài)參數(shù)識(shí)別的主要方法。
　　(3)大跨度懸索橋模態(tài)參數(shù)與監(jiān)測(cè)環(huán)境因素的關(guān)系模型研究。在已獲得臺(tái)風(fēng)期間潤揚(yáng)懸索橋主梁模態(tài)參數(shù)和相應(yīng)風(fēng)速、溫度的基礎(chǔ)上，利用非線性主成分分析(NLPCA)對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，從而建立了環(huán)境主成分與模態(tài)參數(shù)間的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并分析了實(shí)測(cè)模態(tài)參數(shù)與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合值之間殘差的分布模式，以驗(yàn)證該人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的準(zhǔn)確性。最后，依據(jù)該人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非線性預(yù)測(cè)模型，得到消除環(huán)境因素影響的模態(tài)參數(shù)。研究結(jié)

5、果為潤揚(yáng)懸索橋有限元模型修正奠定了基礎(chǔ)。
　　(4)基于相關(guān)向量機(jī)-馬爾可夫鏈蒙特卡洛模擬(RVM-MCMC)方法的大跨度懸索橋有限元模型修正。在潤揚(yáng)懸索橋初始有限元模型的基礎(chǔ)上，利用拉丁韶立方抽樣得到試驗(yàn)樣本，并利用基于稀疏貝葉斯理論的相關(guān)向量機(jī)回歸算法得到該橋的動(dòng)力響應(yīng)面模型。結(jié)合大橋SHMS和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)得到的結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)，基于MCMC方法對(duì)該橋初始有限元模型進(jìn)行修正，通過模型修正前后計(jì)算與實(shí)測(cè)結(jié)果的對(duì)比，驗(yàn)證了該模型修正方法的