基于環(huán)境激勵(lì)的大跨度橋梁模態(tài)分析與應(yīng)用研究.pdf

1、模態(tài)分析是研究結(jié)構(gòu)動力特性的一種近代方法，是系統(tǒng)識別方法在工程振動領(lǐng)域中的應(yīng)用，它和有限元分析技術(shù)一起成為結(jié)構(gòu)動力學(xué)的兩大支柱。在橋梁工程領(lǐng)域，隨著大跨度橋梁建設(shè)的迅速發(fā)展，其長期安全運(yùn)行的健康監(jiān)測評估得到很大關(guān)注。模態(tài)分析對驗(yàn)證橋梁設(shè)計(jì)、建立橋梁結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)有限元模型以及營運(yùn)狀態(tài)的健康監(jiān)測、安全評估具有重要意義。傳統(tǒng)的模態(tài)試驗(yàn)方法要求對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行激振，使得試驗(yàn)難以完成，基于環(huán)境激勵(lì)的模態(tài)試驗(yàn)方法是在僅測得響應(yīng)信號的情況下進(jìn)行模態(tài)分析的一

2、種方法，更符合大跨度橋梁的實(shí)際使用特點(diǎn)，在工程中得到廣泛應(yīng)用。 本文以佛山東平大橋?yàn)楸尘埃瑥恼駝訙y試和模態(tài)分析的基本理論入手，對大跨度橋梁基于環(huán)境激勵(lì)的模態(tài)試驗(yàn)、模態(tài)參數(shù)識別，有限元模型修正進(jìn)行了深層次的研究，主要研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面： (1)論述了多自由度系統(tǒng)振動模態(tài)分析的坐標(biāo)變換和模態(tài)疊加原理，導(dǎo)出了比例阻尼模型下結(jié)構(gòu)頻響函數(shù)的表達(dá)式，系統(tǒng)論述了離散傅立葉變換和功率譜密度及其主要性質(zhì)。 (2)研究了兩種基

3、于環(huán)境激勵(lì)的模態(tài)參數(shù)識別方法：互功率譜法和隨機(jī)子空間法?；スβ首V法是環(huán)境激勵(lì)實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的一種實(shí)用、經(jīng)典方法，本文通過對相關(guān)理論的推導(dǎo)，證明了該法與基于頻響函數(shù)的峰值攝取法是近似相通的，同時(shí)對使用該法識別模態(tài)參數(shù)的過程作了詳細(xì)的論述與推導(dǎo)。隨機(jī)子空間法是較先進(jìn)的環(huán)境激勵(lì)條件下結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)識別時(shí)域方法，本文針對結(jié)構(gòu)振動離散狀態(tài)的空間數(shù)學(xué)模型，逐步推演了隨機(jī)子空間識別的算法流程，并給出了相應(yīng)的理論解釋。 (3)提出了一種節(jié)省試驗(yàn)成本

4、的環(huán)境激勵(lì)下大跨度橋梁模態(tài)試驗(yàn)方法一移動測量法，通過佛山東平大橋的模態(tài)試驗(yàn)證明，應(yīng)用移動測量法進(jìn)行大跨度橋梁的模態(tài)試驗(yàn)?zāi)艿玫捷^理想的模態(tài)頻率、振型以及阻尼比。 (4)本文在現(xiàn)有有限元模型修正理論的基礎(chǔ)上，提出了靜動力分層次有限元模型修正方法?；跂|平大橋成橋靜載試驗(yàn)、模態(tài)試驗(yàn)的實(shí)測數(shù)據(jù)，對東平大橋成橋狀態(tài)初始有限元模型進(jìn)行了修正，建立了該橋健康監(jiān)測與安全評估的基準(zhǔn)有限元模型。該方法能夠充分利用結(jié)構(gòu)靜動力試驗(yàn)數(shù)據(jù)，比基于單一動力或