城市橋梁實驗模態(tài)分析方法.pdf

1、土木工程結構是國家基礎設施的重要組成部分,對人民的生活和安全有著直接的影響,所以在橋梁、大壩等大型土木工程結構中安裝結構健康監(jiān)測系統(tǒng)是十分有必要的。而通過大型的土木工程結構動力特征參數(shù)的了解和掌握,可以方便的對其進行全方位的檢測、評估和健康監(jiān)測。結構的模態(tài)參數(shù)能夠反映出其動力特征,模態(tài)參數(shù)識別是實驗模態(tài)分析的核心。實驗模態(tài)分析的模態(tài)參數(shù)識別可以分為兩類,即傳統(tǒng)的結構模態(tài)參數(shù)識別方法和環(huán)境激勵下的結構模態(tài)參數(shù)識別方法。兩者相比較而言,基于

2、環(huán)境激勵下的模態(tài)參數(shù)識別方法能夠僅僅利用所測得的響應信號來識別結構的模態(tài)參數(shù),是僅基于輸出數(shù)據(jù)的模態(tài)參數(shù)識別；并且具有無需對結構施加激勵,節(jié)省人工和設備費用,可以避免對結構產(chǎn)生損傷等優(yōu)點,因而在工程中得到了廣泛的應用。
　　 本文主要研究基于環(huán)境激勵下橋梁模態(tài)參數(shù)識別問題。完成的主要工作如下:
　　 (1)對目前國內外橋梁健康監(jiān)測技術的發(fā)展進行了回顧,論述了其重要意義。以橋梁健康監(jiān)測技術所涉及的結構動力學層面的問題為切入

3、點,對模態(tài)分析這一概念做了簡單的概述,并就其核心問題一模態(tài)參數(shù)的識別進行了較為全面的論述,包括研究現(xiàn)狀、已有成果和存在問題等方面。
　　 (2)介紹了實驗模態(tài)分析的相關原理,重點介紹了信號處理知識和模態(tài)參數(shù)識別知識:給出了離散傅里葉變換和快速傅里葉變換的推導公式；介紹了模態(tài)參數(shù)識別中頻域方法和時域方法各自的技術路線,并對一些方法的原理、優(yōu)缺點、流程等進行了研究。
　　 (3)系統(tǒng)地討論了環(huán)境激勵情況下模態(tài)參數(shù)識別的頻域方

4、法。通過對系統(tǒng)結構振動方程的分析,介紹了傳統(tǒng)模態(tài)參數(shù)識別頻域方法的表達式以及基本的識別過程。重點研究了輸入未知時正交多項式擬合法的理論背景和計算公式,給出了該方法的一般流程圖,并對實驗過程中需要注意的問題進行了探討。最后進行了數(shù)值算例的驗證,證明了其有效性和可行性。
　　 (4)為進一步研究正交多項式擬合法基于環(huán)境激勵下輸入未知時的穩(wěn)定性和適用性,利用該方法應用于工程實例一鄭州市南三環(huán)立交橋。詳細介紹了該橋的實驗過程,用正交多項