环境激励下基于波动能量法的结构损伤识别

目前作为结构健康监测系统核心的损伤识别大多是基于模态参数变化而进行的,但模态参数对局部损坏不敏感,导致损伤识别精度不够。波在结构中的传播状态可以更好地反映局部损伤状况,波动能量可以作为损伤识别的有效指标。为了提高环境激励下结构损伤识别的精度,采用S变换分析了结构输出信号,建立波动能量指标,从而使波动能量指标的使用领域扩展到非平稳信号范围。最后通过三层钢框架试验及弹性分层剪切梁的数值模型对该方法进行了验证,结果表明:该方法不仅能够有效识别结构损伤位置,而且能够识别出损伤程度。     

大跨缆索承重桥梁的结构阻尼特性

简单叙述了索支承桥梁现场动力特性实测的实用方法,在广泛收集国内大跨索支知梁模态阻尼实测资料的基础上,试图建立能够反应国内索支承桥梁模态阻尼特性的数据值。通过对收集到的实测资料者统计分析,详细研究了两种索支承桥梁：斜拉桥和悬索桥的模态阻尼特性,找出了模态阻尼同几种参数之间的关系。     

北方某大跨钢管混凝土拱桥动力特性分析

针对北方某钢管混凝土拱桥东拱肋拱顶合拢高度比设计标高(35.017m)低0.30m,西拱肋拱顶合拢高度比设计标高低0.44m的问题,采用ANSYS软件对其建立空间有限元计算分析模型,并用子空间迭代法对结构进行了模态分析,得到了结构的自振频率和振型.由计算结果可知:该拱桥横向刚度小于纵向刚度,结构横向可能成为薄弱环节;结构的振型多次出现局部振动的特征,表明拱肋和桥面连接较弱.计算结果对该拱桥的检测、维修、改造具有重要价值.     

环境激励下大跨悬索桥实测损伤预警指标的变异性

基于小波包分析技术从悬索桥的加速度振动响应中提取出小波包能量比,进而定量地分析了由环境激励所引起的实测小波包能量比的变异性。首先,采用多样本平均技术消除了由识别算法所带来的小波包能量比的固有随机性,得到了小波包能量比的日平均值;其次,通过建立季节相关性模型得到了温度对小波包能量比影响的定量评价;最后,分别建立交通荷载和风与小波包能量比的相关性模型,并定量评价了交通荷载和风对小波包能量比的影响。分析结果表明,温度和固有随机性是小波包能量比变异性的最主要来源,而交通荷栽和风所引起的变异性较小。由于温度和小波包能量比的季节相关性模型可以有效地消除温度和固有随机性对小波包能量比的影响,因此当季节相关性模型偏离这种正常状态的模型时,就可以对悬索桥做出损伤预警。     

三跨空冷支架结构体系动力特性测试研究

空冷支架结构体型独特,属典型的上刚下柔型结构,且质量80%集中在上部,抗震及抗风计算非常重要,虽然结构物的固有频率及振型可以通过结构动力学的原理计算得到,由于实际结构受组成材料、周围结构等因素影响,经过简化的计算简图与实际结构总有一定的差异,因而计算值与实际值一般有较大的误差.文中对神木的三跨结构采用脉动法进行现场测试,得到结构实际的动力特性数据,包括结构的自振频率、振型等,并和计算数据进行对比,提出了在抗震设计中应注意的问题.     

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。     

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。     

大跨空间钢网架结构静力和动力性能实验研究

大跨结构静力与动力性能与结构能否安全服役密切相关。文章对某大跨钢网架结构进行了静载试验,并测试了各级堆载条件下网架竖向振动频率。试验中选择在其中一跨的接近中心处(挠度最大点)进行静载和动载试验。采用吊篮法在网架挠度最大点分别施加10kN和20kN配重,得到了加载处的竖向刚度;振动测试表明,该网架在脉动激励下振动卓越频率不明显,在冲击激励下可以得到较好的自由振动波形,并且卓越频率明显。振动测试数据分析中,考虑了各测点的相位关系,分别得到了无配重、10kN配重和20kN配重下钢网架竖向一阶振动频率,可用于设计阶段采用的分析结果的校核。     

基于小波包能量特征向量的结构动力响应损伤识别

在结构动力响应监测中如何准确判断结构损伤状况是工程上的一大难题,本文研究通过小波包能量特征向量提取结构损伤信息来识别结构损伤的方法,并进行实验分析,同时分析噪声对能量值的影响。实验发现:小波包能量特征向量具有识别结构状态的能力,并且不受噪声的影响,相反,对观测信号去噪后不利于能量特征向量的提取。     

非对称大底盘双塔连体结构的动力特性和地震响应分析

依据现行抗震设计规范,运用三维有限元软件ANSYS对某25层大底盘非对称双塔连体结构进行了时程法地震反应分析,得到结构的自振特性和地震响应,并与未设连体的双塔结构的结果进行了比较.结果表明增设连体后双塔的扭转振型更加丰富,且运动和变形得到了统一和协调.     

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.     

大跨曲线桥多点激励下的地震响应分析

用相位谱表征地震动频率的非平稳特性,用相干函数表征地震动空间变化的不相干效应,采用随频率变化的等效相速度代替随意给定的视波速表征地震动的行波效应,生成了具有强度和频率非平稳特性的多点地震动。将这种考虑时间和空间变化的地震动在水平方向作用于5跨高墩连续刚构曲线桥桥墩基础处,计算了墩顶位移及墩底内力,分析了大跨曲线桥多点输入中不相干效应和行波效应对结构响应的影响。结果表明考虑地震动空间变化特性的墩顶位移峰值多数显著大于一致激励。相干性显著增大了激励方向墩底的动内力,但对拟静力位移差动产生的内力有时增大有时减小,两者叠加后的总内力峰值多数大于一致激励。     

随机地震动场多点激励下宽幅大跨桥梁结构地震响应研究

为了研究随机地震动场多点激励作用下宽幅大跨桥梁结构的地震响应,基于二维相干模型,考虑地震波非平稳性合成桥址各支承点的人工地震加速度时程波,采用多项式拟合法在时域内对各支承点处的人工合成加速度波进行校正,并对校正前后加速度波的响应谱进行比较校验;随后以某大跨自锚式悬索桥为例,利有限元软件中线性时程分析模块,将所合成的加速度地震波施加于结构,对比研究一致激励与随机地震动多点激励下宽幅大跨桥梁结构的地震响应。分析表明,考虑二维相干和地震波非平稳性合成的各支承点地震加速度时程波可采用多项式拟合法进行基线漂移现象的校正,同时应对修正前后加速度波的反应谱进行比较校验;对于大跨且横桥向支承点相距较远的桥梁结构应考虑横桥向地震波的非一致性。     

平稳随机激励下随机结构非线性动力响应分析

为了在结构强震灾变过程模拟中正确反映结构参数的随机性并准确界定结构失效模式,提出一种平稳随机激励下随机结构非线性动力响应分析的简化方法.首先运用点估计法将复合非线性随机系统转化为一系列平稳随机激励下的确定性非线性结构,然后再应用成熟的等效线性化方法计算出平稳随机激励下非线性结构动力响应的各阶矩.文末进行了算例分析与验证...     

大跨连续钢桁拱桥动力系数影响因素研究

以南京大胜关长江大桥为研究对象,建立其车桥耦合动力分析模型,采用逐步积分法求解动力方程,以动力系数作评判标准,讨论行车速度、阻尼比、行车方向、车辆数、吊杆布置方式等参数对动力性能的影响.结果表明:动力系数随行车速度的提高而增大;吊杆索力的动力系数与无应力索长成反比;随着阻尼比的增大,各构件动力系数均有所降低;同向行驶时...     

村镇建筑砌体结构的动力特性分析

为探讨村镇建筑中低层砌体结构的动力特性与振动机理,基于农居调查实测的布置及材料性能数据,在ABAQUS软件中建立考虑结构布置、材料强度及有限元网格控制等参数的7个有限元模型方案,对各模型进行结构动力特性分析,并对比分析其振动形态、振型分量及振型周期。分析表明,村镇建筑中按常规布置的砌体结构,其振动特性不利于结构抗震;砌体材料性能劣化在降低结构承载能力的同时还会放大高阶面外振动分量的地震作用,加剧承重墙在地震中发生外闪倒塌的机率;如采取措施实现结构的基本振型为沿横向平动,则其振动特性表明横墙的承重与抗侧能力均可有效发挥,且面外振动的高阶振型被抑制,提高了结构抗震能力;此外,本文还提出ABAQUS对壳单元沿厚度方向的网格控制要求。     

大灰厂跨断层形变资料的地震信息识别

利用具有明显物理意义的断层蠕动模型在充分考虑可能存在的干扰因素影响的基础上，对大灰石台跨断层地形变资料在１９８９年大同地震前后出现的较大幅度变化进行了异常属性分析。结果表明，这个时期的异常变化尽管叠加有一定的降雨影响，但蠕动模型计算得出的地表变化理论值与实际变化有一定程度的符合，显示出在区域应力场作用下，八宝山断层局部地段在大同地震前后可能存在着与区域应力场应力增强及应力调理有关的构造活动。     

环境激励下一种基于免疫机制的结构损伤诊断方法

结构状况发生改变时,结构的振动特性将发生变化。免疫算法能有效检测出振动特性的变化。本文将环境激励下的结构响应重构相空间,对其进行奇异值分解后,选择适当个数的奇异值构造特征参数集合,应用反向选择算法进行异常值检测,以ASCE学会提出的基准结构为对象进行研究,讨论了不同个数的特征参数对检测结果的影响。分析表明,该算法能有效地判断结构状况的变化。     

多点非一致激励长跨结构抗震可靠度分析

利用多点非一致激励反应谱分析理论,分析研究了长跨结构的抗震可靠度,建议了一类基于非一致激励反应谱分析的结构抗震可靠度的计算方法,并通过实例分析,研究了一类长跨结构－输煤栈桥在不同地震烈度下的失效概率。