环境激励下ERA方法在砌体结构振动测试中的应用研究

ERA方法是基于环境激励的结构振动测试的方法中重要的时域分析方法。主要由ERA算法对齐齐哈尔砌体结构居民房的基本模态参数进行测试。简述了ERA算法的主要思路和计算过程,介绍了相应的模态识别准则MAC,以及ERA算法在MATLAB中的实现。由ERA算法得到的模态参数与有限元建模分析结果分析比较吻合,为砌体结构在环境激励下用ERA方法测试模态参数提供了实验依据。最后,讨论了ERA方法与有限元建模分析结果出现差异的原因,以及ERA方法在环境激励下的限制和不足。     

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。     

基于自然激励技术和FT时移特性的模态阻尼比识别方法

基于环境激励下结构动力响应信号分析与处理识别结构的模态参数,是结构健康监测和损伤诊断的一个重要环节,目前为止,要得到较为可靠的识别结果仍有一定困难,尤其是模态阻尼比。基于自然激励技术和傅里叶变换的时移特性,提出了一种新的结构模态阻尼比估算方法,通过理论推导和仿真算例验证了该方法的可行性,进而利用一刚构-连续组合梁桥在环境激励下的动力测试数据,通过该方法对其阻尼比进行了识别,并将识别结果与数据驱动随机子空间法的识别结果进行了对比。结果表明:提出的方法可以减轻噪声影响,得到可接受的识别结果,可为大型工程结构阻尼比的识别提供一个方便和有效的途径。     

随机子空间方法在桥塔模态参数识别中的应用

基于环境振动的结构模态参数识别方法正逐渐成为国内外研究的一大热点。环境振动方法就是仅仅利用结构测试的输出信号进行结构的模态参数识别,随机子空间方法就是其中的一种。随机子空间法是近年来发展起来的一种线性系统辩识方法,可以有效地从环境激励的结构响应中获取模态参数。它属于时域的方法,该方法不需要进行FFT变换,它不仅可以识别结构的频率,而且可以识别结构的阻尼和振型。文章首先介绍了随机子空间的理论,然后用该方法对正在施工中的南京长江三桥的南塔进行模态参数识别,通过与其他方法的识别结果进行比较,证明随机子空间方法不失为一种有效的模态参数识别方法。     

空间钢网架结构力学性能的试验研究

当前有关空间钢网架结构安全性能的检测试验资料明显不足。文中以某实际空间钢网架结构为研究对象,对其进行了较系统的静动力试验和有限元分析。试验测试时将网架区划为9个带状单元,在每个单元的最大挠度位置进行了逐级加载的静力试验和0 kN、40kN两种配重条件下网架整体结构的振动测试,获得了表征网架变形性能的刚度值和网架前三阶竖向弯曲振动频率,依据试验结果对该网架的力学特点进行了分析。由于理论简化与实际工程的差别,导致有限元分析结果与实测结果误差较大,但有限元分析结果可用于试验模态的辅助判断。文中对网架试验的单元区划、数据采集方法和试验数据的处理过程均作了详细说明,可为网架结构检测试验法的深入研究提供参考。     

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。     

基于振动监测的混凝土重力坝模态识别结果的评价研究

利用大坝原型振动观测数据来对混凝土坝进行系统识别,可以揭示结构在受地震或环境激励作用下的实际动力特性的变化规律.利用福建古田水口重力坝的三次地震及四次环境激励下结构的振动监测数据,采用输入-输出(IO)和仅考虑输出(OO)的几种不同方法来进行模态参数识别,进行对比分析;通过对国内外不同混凝土重力坝模态识别结果的经验总结,来评价识别结果的合理性.     

无填充墙基础隔震RC框架在环境激励下的动力特性

对一基础隔震钢筋混凝土框架结构在无填充墙情况下进行了环境激励下的动力测试,重点利用Hilbert-Huang变换与随机减量技术相结合的方法识别了其模态参数,并与随机子空间识别法、有理分式多项式法识别的结果进行了对比。识别结果表明在环境激励下,基础隔震结构的基本周期远小于多遇和罕遇地震工况下设计计算的基本周期;等效黏滞阻尼比很小,近乎于基础固定模型。对隔震层阻尼特性的分析表明,环境激励下可以将基础隔震结构视为经典的比例阻尼系统。进一步以识别的模态参数为基准,采用优化的方法数值反演了环境激励下该结构隔震层的实际水平等效刚度,结果表明其值为多遇地震下计算刚度取值的10.75倍。     

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。     

基于两阶段稳定图的随机子空间识别结构模态参数

基于振动的结构健康监测的前提是从振动测试信号中提取结构模态参数。随机子空间方法是近年来发展起来的一种线性系统辨识方法,可以有效地从环境激励的结构响应信号中提取结构模态参数。在随机子空间识别方法中,确定系统的阶数是该方法的关键工作,稳定图方法是一种比较新颖的确定系统阶次的方法。但是随机子空间方法容易产生虚假模态,这也是随机子空间方法的一个主要缺陷。因此针对于这一缺陷提出了一种基于两阶段稳定图的随机子空间识别结构模态参数方法,该方法的基本思想是将在现场采集的结构的输出信号进行分段,将各段信号用随机子空间结合稳定图进行识别,然后将所有各段所识别的模态参数再一次用稳定图方法进行分析,得出结构的模态参数。最后用一三跨连续梁的数值模型对该方法进行验证,结果表明该方法具有良好的识别效果。     

多点地震动输入下的拟动力实验方法

本文将拟动力实验方法应用于多点地震输入下的结构响应研究中,采用子结构技术解决了结构在多点地震输入下的实验问题。针对不同类型结构和不同方向的地震动输入,文中给出了相应的似动力实验的数值积分方法。最后采用两点地震动输入对所提出的方法进行了实验验证,证明该方法的有效性。     

Damage localization under ambient vibration using changes in flexibility

In recent years, Structural Health Monitoring (SHM) has emerged as a new research area in civil engineering. Most existing health monitoring methodologies require direct measurement of input excitation for implementation. However, in many cases, there is no easy way to measure these inputs - or alternatively to externally excite the structure. Therefore, SHM methods based on ambient vibration have become important in civil engineering. In this paper, an approach is proposed based on the Damage Location Vector (DLV) method to handle the ambient vibration case. Here, this flexibility-matrix-based damage localization method is combined with a modal expansion technique to eliminate the need to measure the input excitation. As a by-product of this approach, in addition to determining the location of the damage, an estimate of the damage extent also can be determined. Finally, a numerical example analyzing a truss structure with limited sensors and noisy measurement is provided to verify the efficacy of the proposed approach. Sponsored by: Notional Science Foundation Grant CMS 99-00234     

多点激励下大跨度斜拉桥地震反应分析

大跨斜拉桥是交通运输的枢纽工程,一旦在地震中遭到破坏,将会造成巨大的直接和间接经济损失.由于大跨斜拉桥的跨度大,在地震中地震波到达不同桥墩的时间存在差异,这会对大跨斜拉桥的地震反应产生很大影响.因此,对大跨斜拉桥在多点输入下的反应开展研究,对进行正确有效的抗震设计,确保其抗震安全性具有非常重要的意义.本文分析了多点激励下大跨度斜拉桥的地震反应,并与一致激励下大跨度斜拉桥的地震反应进行了对比,研究了多点激励对大跨度斜拉桥地震反应的影响.     

实用多点输入虚拟激励法在通用有限元软件中的实现

虚拟激励法是高效便捷的随机振动分析方法,可用于地震多点输入随机响应分析,但现有通用有限元软件无法直接实现多点输入虚拟激励法。首先将虚拟激励法改进为更实用的形式,使其便于编程实现,然后借助有限元软件ANSYS的二次开发功能实现了多点输入虚拟激励法在ANSYS中的应用,扩展了ANSYS在地震多点输入计算领域的功能,也为地震多点输入研究提供了更为简便有效的计算平台。对一简单模型多点输入的理论解析解和ANSYS计算结果进行比较,验证了该实现方法的准确性和可行性。     

二维大地电磁资料频域逆散射反演

逆散射反演是由已知散射波场反演地下介质中散射体各参数了分布的方法，本文从这一思想出发，针对二维大地电磁资料，在BORN近似的前提下，提出了一种新的反地下电导率参数的方法，经模型试算与实际资料的反演验证正确，这一方法特别适于地下无强电性分界面的地区。     

多点激励下大跨度连续钢桁架柔性拱桥空间地震响应分析

基于多自由度空间结构体系地震响应分析的基本理论,利用ANSYS建立空间有限元模型,采用动力时程分析法分析某大跨度连续钢桁架柔性拱桥在一致和非一致激励作用不同地震工况下的空间地震响应。研究结果表明:非一致激励作用下,拱肋轴力、主桁弯矩峰值出现在拱脚和边墩附近;地震波组合输入较其单向输入拱脚轴力和面内弯矩最大分别可达1.28和8.32倍;非一致输入较一致激励作用拱脚轴力和面内弯矩分别可达2.5和8.4倍;地震波横向输入较纵向输入横向位移峰值比可达2.4倍,纵向输入较横向输入纵向位移峰值比可达2.6倍;结构的支座形式对结构构件地震响应结果也有一定影响;建议大跨度钢桁拱桥抗震设计应充分考虑地震波的空间和时间效应。     

浦东机场候机楼竖向地震行波效应时程分析

文中以时程分析方法,通过数值计算研究了上海浦东机场(二期)候机楼的竖向地震行波效应。计算结果给出了屋面空间结构有代表意义的节点位移和杆件轴力的行波效应变化曲线,还给出了柱钢-混凝土节点和Y型钢节点的弯矩和轴力的行波效应变化曲线,探讨了这些节点和杆件的相关物理量在竖向地震行波作用下的变化规律,得出了屋面空间结构和柱节点的地震行波效应趋势和相应的行波效应影响系数和一些适于工程应用的结论。     

考虑土-结构相互作用双层柱面网壳在多点输入下的地震反应分析

目前对于网壳结构的地震反应研究大部分仍然采用一致输入,特别是没有考虑土-结构相互作用对网壳结构的影响。本文通过对大型有限元分析软件MSC.Nastran的二次开发,用等效线性化方法考虑土体的非线性,对土体采用三维实体单元建模,并对土体在基岩面上采用地震动的多点输入,计算分析了大跨度双层柱面网壳的动力反应,并且与一致地震动输入下网壳结构的地震反应进行了对比,考察了两者之间的差异,深入分析了考虑土-结构相互作用下,双层柱面网壳结构在多点输入和一致输入下的地震反应规律,并得出了一些重要结论。     

非对称单侧混合梁斜拉桥多点激励地震响应分析

以一座主跨为820 m的双塔非对称单侧混合梁斜拉桥为研究对象,对其进行动力特性分析。运用相对运动法进行多点激励地震响应计算,分析行波效应对塔顶、主梁、塔底等关键位置动力响应的影响,同时对比分析入射角方向（即斜拉桥两侧相对方向）对其动力响应的影响。结果表明：与一致激励分析结果相比,多点激励使得主塔内力结果偏小,而使得主梁内力结果偏大;不同入射角地震激励对非对称大跨度斜拉桥的内力也会产生较大影响,内力变化可达20%。因此,在进行该类型非对称混合梁斜拉桥设计中,应考虑非一致激励效应和地震动输入方向的影响因素。