基于地震记录的混凝土拱坝模态识别结果评价研究

利用混凝土拱坝地震记录识别的模态参数，可以揭示结构在地震过程中实际动力特性的变化情况，为结构地震反应分析和震后损伤评估提供重要信息。首先对模态识别常用方法的基本原理进行介绍；然后利用龙羊峡拱坝两次地震观测数据，采用"输入—输出"型和"仅考虑输出"型两类方法对大坝模态参数进行识别；最后将获得的模态识别结果与工程经验值和其他学者的研究成果进行对比，以分析评价识别结果的合理性。相关研究成果可为基于地震记录的混凝土拱坝模态参数识别的工程应用提供经验借鉴。     

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。     

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。     

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。     

基于ANSYS的碾压混凝土重力坝抗震性能分析

采用有限元方法，分析了碾压混凝土重力坝在不同工况下的变形和应力变化规律，以了解坝体在设计条件下的工作性态和对坝体的抗震安全性能进行评估。     

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IDA的金安桥混凝土重力坝潜在失效模式研究

为了研究混凝土重力坝在地震动荷载作用下的潜在失效模式,以金安桥碾压混凝土重力坝5号非溢流坝段为例,运用粘弹性边界法和流固耦合法建立了反映重力坝在地震动作用下动力响应特征的坝体-地基-库水抗震分析模型。基于增量动力分析（IDA）法:绘制了以相对位移转角为x轴（损伤指标,DM）和峰值地面加速度为y轴（强度指标,IM）的IDA曲线簇;分析了金安桥大坝在极端荷载作用下的潜在失效模式和其在不同峰值地面加速度下重力坝的损伤破坏过程。结果表明:金安桥大坝在地震动荷载作用下,可能发生功能失效的地方多出现在坝体折坡处、碾压分区交界处、坝踵与坝基交界处、廊道顶等应力集中处。因此,加强对这些区域的抗震防护有利于提高大坝整体的抗震水平。     

Morlet 小波用于环境激励下的模态参数识别研究

本文分别从卷积和Parseval定理的角度推导了非正交小波变换系数的实用计算方法。在环境激励下以互相关函数代替系统的自由响应数据,给出了基于Morlet小波变换的频率、阻尼比的参数识别方法,重点介绍了基于最小二乘法的振型识别技术。采用2层楼仿真算例和潮白河桥应用实例验证本算法,识别结果表明基于Morlet小波变换的模态参数识别技术能够有效地识别出环境激励下系统的模态参数。     

基于有限测点模态信息的结构物理参数识别

研究了测试信息不完备情况下的结构参数识别问题,针对稀疏模态的结构系统,提出了基于有限测点模态信息的优化识别算法。该算法通过有限测点上的模态参数构造关于结构物理参数的目标函数,然后采用遗传算法进行参数识别。最后一数值算例说明了该算法的可行性。     

基于环境振动测试的高层钢筋混凝土结构模态参数识别

根据高层钢筋混凝土结构环境振动测试数据,采用随机信号的频域分析方法,确定了高层结构的自振频率;基于不同测点在固有频率处的响应比及零迟时互相关函数确定了结构的振型;运用自功率谱和互功率谱,采用半功率点法计算了各阶振型的阻尼比.结果表明,环境振动测试能够较好地识别高层结构的1～3阶振型.对实测自振周期与<建筑结构荷载规范>的公式和数值模拟结果进行比较,发现:结构的层数小于20层时,实测值与<规范>规定的值最接近;结构超过20层时,实测值小于<规范>规定的值和数值模拟的结果.     

考虑拦污栅-坝体相互作用的混凝土重力坝抗震安全性分析

对考虑拦污栅-坝体的动力相互作用的弹性连接和刚性连接的拦污栅-坝体以及不作耦联分析的拦污栅-坝体这三种不同模型结构形式的动力特性和动力响应进行了比较分析。研究发现,拦污栅的不同模型结构形式对大坝的抗震安全性分析有重要影响,考虑拦污栅-坝体的动力相互作用后,坝体损伤开裂的程度明显加大,坝顶的水平位移响应也明显提高。按《规范》规定的对拦污栅和坝体不作耦联分析的抗震计算方法,所得结果对坝体是偏于不安全的,而如考虑拦污栅-坝体之间的弹性连接,所得结果则是偏于安全的。     

混凝土重力坝FRP片材表面加固抗震性能研究

如何提高混凝土重力坝薄弱位置的抗震性能是国内外大坝抗震研究的热点问题。本文基于等价静力非线性方法,采用考虑混凝土细观非均匀特性的混凝土损伤模型,研究FRP片材表面加固大坝薄弱位置的抗震有效性。以2座不同形态的混凝土重力坝A、B为例,分别进行坝踵FRP片材表面加固研究和折坡处FRP片材表面加固研究,分析加固前后坝体的应力状态、裂缝扩展情况和破坏形态。数值模拟结果表明：坝踵处采用FRP片材加固可以很好地增强坝体的抗震性能,有效地抑制裂缝的产生和发展;折坡处采用FRP片材加固在一定程度上可以提高坝体的抗震性能,下游坝身加固与否对提高大坝的抗震性能影响不大。     

工程振动测试技术中实验模态分析方法的改进

实验模态分析是工程振动测试技术的基本任务之一。现有的工程振动测试技术教材通常采用频响函数的幅频曲线或者功率谱曲线,通过寻找局部峰值来实现模态参数的识别。该方法原理简单,计算方便,但是通常只能识别前几阶模态参数,而且由于受到分辨率的影响,会带来一定的识别误差。通过将现在广泛应用于环境激励下的随机子空间法加以改进,应用于一般激励下的模态参数识别;构建Hankel矩阵和Toeplitz矩阵,进行奇异值分解,并重构更稳定的结构状态矩阵,形成稳态图来识别结构的模态参数;以一个七层框架结构的数值模拟和一个实验室测试的简支钢梁为例演示了该方法。相比于传统实验模态参数识别方法,改进的方法能识别更高阶的模态参数,而且具有更高的精度,适合编程计算,可作为实验模态分析方法教学的有益补充。     

基于柔度矩阵法的钢栈桥损伤识别

根据以往模态柔度损伤指标的研究成果,建立了模态柔度差曲率和模态柔度曲率差这2种结构损伤识别指标。通过对一个百米钢栈桥最容易发生损伤的下弦梁进行各种损伤工况下的数值模拟研究,比较分析了这2种结构损伤指标的损伤识别效果。并且在钢栈桥2根下弦梁都有损伤的情况下,对两者之间损伤识别效果的相互影响进行了研究。研究结果表明,本文提出的2种损伤识别指标,对空间复杂钢栈桥的易损下弦梁都有很好的损伤识别效果,2根下弦梁的损伤识别具有较好的独立性。     

基于多元模糊的钢筋混凝土结构地震抗损性评估方法研究

评估钢筋混凝土结构抗损性具有重要工程意义,但目前以单因素叠加为基础的评估方法误差较大。为解决此问题,提出基于多元模糊的钢筋混凝土结构地震抗损性评估方法。以Park-Ang地震损伤模型为前提,引入正规化累积耗能参数,得到建筑结构层间损伤表达式,加权平均获取震后建筑结构整体损伤值;利用有害层间位移角参数计算震后结构层间位移角;将获取的结构整体损伤值、层间位移角作为多因素论域,进行多元模糊结构抗损性评估,选取模糊损伤评估数学模型与隶属度函数,克服单一因素影响,计算判别因素权重与结构综合损伤指数,根据结构抗损性能判断规则得到建筑结构抗损性所属标准。经实验测试验证:基于多元模糊的钢筋混凝土结构地震抗损性评估方法精确度大于95%,评估精确性高,是一种有效的钢筋混凝土结构抗损性评估方法。     

基于连续小波变换的时变结构瞬时模态参数识别

为体现时变结构动力特性,定义随机冲击荷载作为时变结构输入激励,提出了基于连续小波变换的时变结构瞬时模态参数识别方法。在短时时变假定条件下,建立基于模局部极大值的连续小波变换时变参数识别原理,利用结构的输出响应进行瞬时模态参数识别,采用三自由度的时变结构体系进行数值模拟,该方法能够准确识别时变结构的瞬时模态参数值。通过设计具有质量参数可变的两层钢框架模型进行测试,验证了方法的有效性与可行性。     

基于分灾模式的钢筋混凝土梁抗弯加固性能评估方法

针对当前钢筋混凝土梁抗弯加固性能评估法未考虑不同建筑结构的抗灾差异,所求得的各项承载力参数不够客观,从而造成评估结果与实际检测结果差异大,评估精度低的问题,提出基于分灾模式的钢筋混凝土梁抗弯加固性能评估方法。计算梁底初始拉应变、梁正截面极限抗弯承载力和钢筋混凝土梁正截面荷载挠度,然后设计分灾模式的钢筋混凝土梁抗弯加固,通过分析载荷与压应变、载荷与挠度以及剪力与位移变化,得到钢筋混凝土梁抗弯加固后各项承载力参数,输入各项梁承载力参数到ANSYS通用程序,利用该程序结合钢筋混凝土梁抗弯加固性能进行评估。通过进行仿真实验,结果表明加入分灾元件的钢筋混凝土梁抗弯加固性能有明显提高。将本文方法评估结果与实验实际评估结果对比可知,提出的评估方法与实际检测结果基本一致,评估精度准确性较高。     

基于断裂力学和有限元的碾压混凝土坝劈头裂缝扩展的应力计算研究

混凝土坝的劈头裂缝属于断裂力学中描述的张开型（I型）裂缝。劈头裂缝应力计算中,强度因子KI和材料开裂韧度KIC是判断劈头裂缝扩展的关键参数。采用断裂力学的基本理论推导裂缝应力计算的基本公式,并借助有限元来确定强度因子和材料开裂韧度,对寒冷地区实际工程坝体裂缝进行计算,得出运行期4日型寒潮期和不同运行时段的温度裂缝长度和强度因子。通过对比发现,计算结果与大坝运行期不同工况裂缝的实际情况相符合,验证了方法的正确性。     

超强地震作用下深厚覆盖层场地重力坝抗震安全研究

本文通过成层状地基地震动输入计算方法得到覆盖层边界自由场运动,采用粘弹性边界,考虑地基辐射阻尼效应及坝体和地基的接触非线性,针对强震区深厚覆盖层场地重力坝开展线性和非线性动力时程分析研究,结合需求能力比DCR评估其抗震性能。由线弹性动力时程分析可知,在运行基准地震OBE作用下,重力坝坝体应力均在允许范围内,其抗滑稳定安全系数不能满足要求;由非线性动力分析可知,在OBE和最大设计地震MDE作用下,重力坝发生较大滑动位移。通过在重力坝坝体下游坝后回填土加强重力坝抗震稳定性,结果表明,下游坝后回填土可有效减小坝体滑动位移,加强其抗震稳定性。本文针对深厚覆盖层场地重力坝开展的抗震安全研究为抗震设计提供了科学依据,为强震区深厚覆盖层场地重力坝的抗震分析提供参考。