珠江黄埔大桥模态频率连续监测中的温度影响Ⅰ:频率识别

为研究环境温度对珠江黄埔大桥频率监测的影响,首先要对大桥模态频率进行连续识别。珠江黄埔大桥上架设的监测系统为强震动台阵,相较于其他健康监测系统测点较少,因此,应基于强震动台阵系统的特点,选取合适的方法对大桥频率进行识别。本文通过对比分析平均正则化功率谱法(ANPSD)、频域分解法(FDD)和协方差驱动的随机子空间法(Cov-SSI)的识别结果,择优应用于珠江黄埔大桥的频率自动识别中。采用珠江黄埔大桥强震动台阵记录的2013年4月至11月加速度响应数据进行频率识别,识别结果可用于观测和研究大桥频率在环境影响下的波动情况。     

佛开高速九江大桥模态测试与分析

对主跨为160m的预应力砼变截面连续梁桥佛开高速九江大桥进行了理论与实验模态分析．首先介绍了环境激励条件下现场模态测试布置及过程,利用随机子空间法（SSI）进行了桥梁模态参数识别．建立了桥梁有限元模型．并对理论和实验模态分析结果进行了比较和讨论。实验与有限元计算结果在竖向模态频率及振型上总体吻合较好。测试结果可以为有限元模型修正提供依据：模态测试与有限元分析相结合．可以为桥梁长期健康监测和损伤评估提供较可靠的基准模型。     

珠江黄埔大桥强震动监测和警报系统

首先引出在大型桥梁上开展强震观测应用的重要性,进而介绍在珠江黄埔大桥上布设强震动监测和警报系统的设计思路和方案,最后介绍系统使用的预期效果,达到桥梁震动报警、损伤判定、模态参数更新、时程数据捕获分析等目的.     

环境激励下桥梁结构模态频率与波速变化监测研究

基于环境激励的桥梁健康监测方法是未来的发展方向。我们采用宽频带地震计Guralp CMG-6TD,建立了在线桥梁监测系统,对北京市昌平区鲁疃西路大桥进行了连续监测。分别使用随机子空间识别获得桥梁模态参数和尾波干涉法监测桥梁波速变化。结果表明：（1）采用的高灵敏度宽频带速度型地震计,能够连续准确记录宽频带范围内的三分量振动信号,非常适用于长期桥梁动态监测;（2）基于连续记录的环境激励信号,随机子空间法能够稳定可靠地识别桥梁低阶模态参数,尾波干涉法能够连续精确地监测桥梁材料的细微波速变化;（3）温度变化会引起桥梁材料的弹性模量发生显著变化。波速变化呈现振幅为1%的日变化特征,与温度变化呈明显的反相关性,温度敏感系数约为。同时模态频率的变化不太明显,说明波速可能是比模态频率更为敏感的量化损伤指标;（4）模态频率是桥梁整体状态的一种度量,而波速变化可以监测桥梁局部材料弹性性质的变化。将这两者结合起来,利用环境激励信号,连续准确识别桥梁模态频率以及监测波速变化,对于桥梁健康监测具有潜在重要应用价值。     

环境温度对桥梁结构动力特性影响的试验研究

本文以两跨钢-混凝土连续组合梁模型和刚架拱桥的环境振动测试为基础,分析了环境温度变化对桥梁动力特性的影响。结果表明:环境温度变化会引起桥梁动力特性的显著变化,同时温度变化对结构动力特性的影响受到桥梁边界约束条件的很大影响,此类测试和分析对桥梁健康监测与损伤识别具有借鉴意义。     

工作状态下梁及桥梁模态与损伤识别的新方法

工作状态下桥梁结构的模态参数识别是桥梁损伤识别的重要环节,考虑桥梁检测的实用性,桥梁检测一般应建立在环境激励的基础上,已有的环境激励下模态参数识别的方法对模态频率的识别的精度较高,而对位移模态的识别则误差较大。提出了一种利用移动质量块在不同位置时对桥梁的模态频率进行多次测量,用各次测得的频率值确定位移模态的新方法,使得位移模态识别的精度接近频率识别的精度,建立了该方法的初步模型,推导了频率与位移模态关系的理论公式,并通过数值模拟对该方法的有效性进行了说明。     

基于Hilbert-Huang变换和随机减量技术的模态参数识别

傅里叶分析的信号处理方法对非线性、非平稳信号的处理能力差,传统的模态参数识别方法也存在阻尼比识别精度不高的问题。基于Hilbert-Huang变换和随机减量技术提出了一种新的、实用的模态参数识别方法,首先对结构振动信号进行滤波处理和经验模态分解,得到若干阶本征模态响应,然后利用随机减量技术提取自由衰减响应,进而由Hilbert-Huang变换得到信号的瞬时特性,最后结合模态识别的基本理论识别结构的模态频率和模态阻尼比。为了验证这一方法的有效性,对12层钢筋混凝土框架模型振动台试验一测点的加速度记录进行了处理,识别了模态参数,识别结果与其它识别方法及有限元分析结果的对比表明该方法识别模态频率是可靠的,而模态阻尼比识别的精准性仍然难以确认。     

基于大坝地震反应台阵的土石坝模态参数识别

针对土石坝上实测强震动记录识别大坝模态参数的问题,根据地震中坝体监测点记录的强震动数据和基于多项式逼近的有外部输入的非线性自回归神经网络NARX模型构建了土石坝非线性模态参数识别方法,对土石坝非线性动力反应与激励输入之间的传递函数进行研究,将其应用于新疆克孜尔土石坝主坝0+220断面的模态频率和模态阻尼比的计算,并结合计算结果和工程运行实际对克孜尔大坝运行状态进行评价。理论分析和工程实例均表明,本方法具有较高的精度,识别的传递函数能够反映土石坝的动力特性,具有重要的理论研究意义和工程实践价值。     

基于响应面的预应力混凝土桥动力有限元模型研究

建立了基于正交实验的响应面模型和精细有限元模型,并将其用于中华大桥的有限元模型修正,通过实测动力数据对修正后的有限元模型计算结果进行了验证。基于修正后的有限元模型,分析了预应力对预应力钢筋混凝土桥梁模态信息（频率和振型）的影响,以及单元类型对桥梁模态频率的影响。结果表明,修正后的有限元模型能够比较准确地反映桥梁实际结构的动力特性,基于响应面模型和遗传算法的修正方法可有效地用于大桥的健康监测和状态评估;预应力对预应力钢筋混凝土桥梁模态信息的影响较小,建模时可不予精确考虑;对于由多根预应力混凝土梁组成的桥梁体系,采用实体单元分析较好。     

佛开高速九江大桥振动监测数据初步分析

佛开高速九江大桥全长1819.16m,主桥采用六孔一联、最大跨度160m的变截面预应力砼连续箱梁。为实时监测桥梁结构振动状况和记录大型桥梁真实地震反应,在九江大桥主桥上架设了总计23通道的强震动监测系统。简要介绍了该监测系统的测点布置、系统构成和技术特点,并对系统试运行期间的加速度记录进行了峰值、频谱和模态分析,得到了箱梁前六阶模态频率变化曲线,并与现场实测模态参数进行了比较验证。研究识别出的模态频率的长期变化可以为桥梁结构的健康监测和损伤评估提供参考依据。     

大跨度预应力混凝土连续刚构桥的动力特性分析

介绍了福建泉州后渚大桥——大跨度预应力混凝土连续刚构桥的现场环境振动实验．并利用频域中的单模态识别法(SDOFI)、峰值法(PP)和时域中的随机子空间识别法(SSI)分别进行桥梁动力特性识别。利用ANSYS建立了全桥三维有限元模型并进行了理论模态分析,基于参数分析和环境振动测试结果对有限元模型进行了标定,建立了该桥的基准有限元模型,该模型可服务于桥梁长期健康监测与状态评估。     

利用ARX模型识别土-结构体系的低阶模态频率和阻尼

利用美国Alaska-14层的办公大楼及周围场地上记录到的地震动，对此结构进行了低阶模态频率和阻尼的识别。和考虑土-结构动力相互作用后的土-结体系的低阶模态的频率和阻尼的识别。提供了一种ARX参数模型辨识方法，并与非参数模型辨识比较分析，发现两种模型得到的低阶模态频率和阻尼基本一致，但在高阶模态上会出现明显的差异。通过分析还发现考虑土-结相互作用后，体系的传递函数幅值有所降低。并编制了相应的Matlab计算程序。     

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。     

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。     

基于反向传播神经网络的闽台ML震级偏差分析与修正

选取我国台湾地区2012—2018年期间的浅源地震资料,将台湾气象局与福建地震台网中心测定的M_L震级进行对比分析,得出两机构测定的震级之间的差异主要是受地震震级大小、震源深度、震源地理位置等因素的影响,并采用线性回归方法对两机构测定的M_L之间的模型关系进行拟合。与此同时,引入反向传播神经网络技术对两机构测定震级之间的偏差进行预测训练,构建4?9?9?9?4的五层网络模型,利用2012—2017年台湾震例作为训练集进行学习训练,2018年数据作为测试集进行预测效果分析。测试结果表明,经过反向传播神经网络修正后,震级偏差较大改善,基本都控制在[?0.4,0.3]之内,预测效果优于传统的线性回归方法,特别是对多震、少震区域震例的修正效果更为显著,进一步验证了反向传播神经网络技术具有较强的非线性拟合能力和泛化能力。      

渤海常见土类剪切波速与埋深关系分析

土层的剪切波速是岩土地震工程中重要的物理量,本文利用多年来在渤海海域地震安全性评价中积累的资料,研究了渤海常见土类剪切波速和埋深的关系。利用非线性最小二乘法,采用指数函数、一次函数、二次函数、幂函数、"幂函数+常数函数"、"幂函数+一次函数" 6种回归模型对各类土的剪切波速和埋深的关系进行了回归分析,以拟合优度以及最小二乘拟合的误差平方和为评价指标对比了各种模型拟合效果的优劣。结果表明,"幂函数+一次函数"回归模型的拟合效果最好。此外,本文给出了该海域常见的7类土在此回归模型下的拟合公式的系数,以供工程中参考。     

基于人工蜂群算法一逐步回归模型的大坝变形监测

在大坝变形监测统计模型研究的基础上,针对传统大坝变形监测回归模型存在的不足,将逐步回归模型与智能优化算法相结合,提出．了一种基于人工蜂群算法一逐步回归分析的大坝变形监控模型。该模型以逐步回归方法为基础,利用相关性分析、多重共线性分析等方法对观测数据进行处理,进而对大坝回归模型的荷载集变量进行筛选和评价,并将改进的人工蜂群算法引入回归模型分析,对荷载集系数进行优化和重新评估。人工蜂群算法是一种新型的群体智能优化方法,具有全局智能性搜索、鲁棒性强等优点,将其引入大坝安全监控建模领域,同时为改进人工蜂群算法的局部搜索性能,引入了单纯形操作算子。实例分析表明,与同类模型相比,所提出模型在一定程度上改善了拟合效果,达到了简化模型、提高拟合精度和增强模型预测能力的目的。     

钢-混凝土叠合梁自锚式悬索桥动力特性测试分析

针对钢-混凝土叠合梁自锚式悬索桥的结构特点,在总结以往大跨径桥梁有限元模型的基础上,采用组合有限元法以梁、板、杆、索单元建立邵阳市桂花大桥三维有限元模型,计算分析获得结构的主要频率和振型。通过现场测试获得大桥环境激励和行车激励作用下的响应时程,分析得到结构的主要频率、振型和阻尼比,引入模态置信因子对计算模态信息和实测模态信息进行比较分析,以验证数值模型和实测结果的准确性。研究结果可为全面了解钢-混凝土叠合梁自锚式悬索桥的动力特性、准确预测结构的动力响应以及类似桥梁的抗震、抗风设计提供重要依据。     

动力统计相结合的未来30年东亚气温年代际预测

基于实际气候主要由气候系统自然变率和外强迫影响二者叠加而形成的认识,利用统计和动力相结合的方法对东亚表面气温(EATs)未来30年的演变进行了预测.关于自然变率部分,利用1901~1999年的观测资料,通过计算海温模态与EATs内部变率(EATs_int)的超前-滞后相关,选取几个主要海温模态作为预测因子,建立了EATs_int年代际内部变率的多元线性回归模型.首先对2000~2005年进行了后报检验,发现该模型有较好的预测能力.于是,根据海温模态的准周期性,利用该模型对未来30年进行了预测试验,得到了内部变率的预测结果.关于外强迫影响部分,利用参与政府间气候变化专门委员会第5次评估报告的19个耦合模式的历史试验和21世纪RCP4.5情景的预估结果,通过二阶拟合,得到EATs相对于1970~1999年的趋势变化(即外强迫的影响信号).将得到的内部变率和趋势进行叠加,形成最后的预测结果(Re_EATs).该结果显示:在2010~2040年,温度将呈波动性变化,其中在2015~2030年缓慢降温,之后开始上升.将这一结果与第五期耦合模式相互比较计划(CMIP5)的年代际预测进行对比,发现它与多数单个模式得到的预测结果及多模式预测集合平均的结果定性一致,表明利用统计和动力相结合的方法来预测东亚气温具有一定的合理性.     

基于脉冲响应数据的ARMA法建模以及模态参数识别

本文提出了基于脉冲响应数据的ARMA法建模以及模态参数识别的新方法。该方法利用单位脉冲响应函数与ARMA模型G reen函数等价的特点,通过脉冲响应函数来估计系统响应的自相关系数,然后建立推广的Yu le-W alker方程以求得ARMA模型自回归系数并进行参数识别。最后通过算例,对一个模拟系统进行了参数识别,对采样频率、识别精度、模型阶数之间的影响规律进行了分析。