在线监测环境下土木结构的模态识别研究

建立在线监测环境下结构考虑时效的模态识别计算方案。采用基于各测点加速度响应互功率谱的频域多参考点模态识别法来实现结构模态参数的抽取,从而绕过了监测环境下激励监测的技术难题;并用频域的平均法使识别参数的拟合曲线平滑和发现参数的变化趋势。通过对美国结构健康监测研究小组公布的Benchmark问题的第一阶段解析模型模拟加速度响应数据的识别,表明本文采用的算法有较好的识别精度和识别速度,是一个可行的在线监测环境下的模态识别计算方案。     

基于Hilbert-Huang变换和随机子空间识别的模态参数识别

基于Hilbert-Huang变换和随机子空间识别技术提出了两种土木工程结构的模态参数识别方法。方法一是基于Hilbert-Huang变换和自然激励技术,通过经验模态分解和Hilbert变换提取信号的瞬时特性,进而利用自然激励技术和模态分析的基本理论识别结构的模态参数;方法二是基于经验模态分解和随机子空间识别技术,通过经验模态分解对信号进行预处理,进而运用随机子空间识别方法处理得到的结构单阶模态响应以识别结构的模态参数。利用这两种方法,通过对一12层钢筋混凝土框架模型振动台试验测点加速度记录的处理,识别了该模型结构的模态参数。识别结果与传统的基于傅里叶变换的识别结果及有限元分析结果的对比验证了这两种方法的可行性和实用性。     

一种有效的结构动态参数识别方法

本文以优化算法中单纯形法为基础,提出了一种只有利用实测的结构模态部分信息识别其结构参数的方法。数值计算表明,该算法具有良好的精度和适用性。     

一种推广的互功率谱模态识别法及其在SHM问题中的应用

详细推导了多自由度结构多测点加速度响应的互功率谱模态矩阵展开式。进而给出了未知激励条件下基于各测点加速度响应互功率谱的频域多参考点模态识别法,同文献相比,该法适用于更广范围的激励条件。在频域平均法的辅助下,对ASCE SHM Benchmark问题的解析模型仿真加速度响应数据进行识别,结果表明该法有较好的识别精度,是一个有望应用于在线监测环境下的模态识别算法。     

基于环境激励的厦门财富中心动力参数实测分析

为揭示环境激励下不同测点反映的模态信息情况,在厦门财富中心布置结构台阵获取环境激励下的结构振动响应。采用Welch平均周期图法获得功率谱密度(power spectral density, PSD)曲线,并在此基础上识别结构模态参数。比较不同测点的PSD曲线和模态识别结果,并与有限元结果进行对比。结果表明：1)结构基底、自由场地和基岩场地三个测点PSD曲线在0.1～1.0 Hz频段高度相似,该频段是由场地次级微地震引起的;不同之处在于结构基底测点PSD曲线Z向峰值是结构竖向基频,而自由场地峰值是场地基本频率。2)结构低楼层测点主要反映其测试方向上的模态频率,而高楼层测点能够反映多方向的模态频率。高楼层测点反映的模态信息更丰富,但易受到密集模态的影响。3)有限元结果与实测结果接近,表明有限元模型可以较好地反映结构的真实动力特性。     

基于振动台试验的RC框架模型修正及模拟损伤识别

利用有限元模型修正技术综合利用理论建模和实验建模的优点,可以得到更加符合结构实际的基准模型,为结构动力分析、损伤诊断及健康监测提供更可靠的依据。基于一12层钢筋混凝土框架模型振动台试验测点加速度记录,采用特征系统实现算法对该模型结构进行模态参数识别,识别结果与有限元分析结果之间存在明显的差异。采用基于灵敏度分析的参数型有限元模型修正技术,选择识别精度较高的实测模态频率为修正基准,以构件的弹性模量和密度为修正参数,对该框架的初始有限元模型进行了修正,得到基准有限元模型。进一步以基准有限元模型为标准,以构件弹性模量的降低模拟结构的损伤,对两种假设工况下的损伤结构进行修正,得到构件弹性模量的变化值并与假设的降低值对比,验证了有限元模型修正技术在结构损伤识别中应用的可行性。     

基于灵敏度分析的结构损伤识别中的传感器优化配置

本文提出了结构损伤识别中的传感器测点优化配置的方法。该方法是通过仅考虑结构刚度变化的结构特征灵敏度分析，以结构各自由度的损伤信息为条件，计算出结构的Fisher信息阵，并且考虑到Fisher信息阵的逆阵可能不存在，而将Fisher信息阵对应于每个自由度进行分解，通过计算每个分解的Fisher信息阵的迹而确定每个自由度含有的损伤信息的多少，从而从结构的全部自由度中去掉那些含损伤信息少的自由度。建立直接利用结构不完整的实测模态来定位结构的损伤，避免结构模态扩阶带来不必要的误差。最后，通过数值算例表明，该方法能有效地识别出结构的损伤。     

土木工程中的物理参数时域识别及地震动反演研究

本文对工程结构、场地水平土层参数识别及地震动反演进行了如下6个方面研究:(1)输入已知、输出不完备条件下,基于经典最小二乘算法的工程结构物理参数时域识别;(2)输入未知、输出不完备条件下,基于复合反演算法的工程结构物理参数时域识别及地震动反演;(3)输入已知、输出不完备条件下,基于渐消记忆的扩展卡尔曼滤波算法的工程结构物理参数时域识别;(4)输入未知、有限测点条件下,基于广义复合反演算法的工程结构物理     

基于经验模式分解的随机子空间识别方法

提出了基于经验模式分解（EMD）的环境激励结构模态参数随机子空间识别（SSI）方法。该方法用设置间断频率的EMD将结构环境振动响应原始信号分解成若干个基本模式分量（IMF）,使每一个基本模式分量仅为结构的某一阶固有模态,进而用随机子空间方法进行模态参数识别。实桥环境振动实验分析结果表明,该方法能有效地避免结构各阶模态之间的相互影响,能够更清晰方便地得到结构的模态参数。     

基于BP神经网络的网格结构损伤识别与试验研究

针对网格结构中杆件数量众多,但节点数总是远远小于杆件数的特点,损伤识别中采用了基于BP神经网络技术和面向节点的损伤初步定位方法的网格结构损伤识别的三步法。对双层柱面网壳结构模型在不同杆件去掉时的四种损伤情况下的振动特性进行了实测,并以实测低阶模态的频率变化率和少数测点的振型分量作为神经网络输入参数,对模型的各种损伤情况进行了识别。结果表明,所用的方法可以精简神经网络的结构,并提高其模式识别的能力。该方法可用于对大型复杂结构的损伤识别。