基于改进EEMD算法的桥梁结构模态参数识别

对于桥梁结构而言,可以通过监测其模态参数值的变化情况来评判其健康状况。在对桥梁结构进行模态参数识别时,由于传感器采集的响应信号是在环境激励下监测的,所以信号中会含有部分的噪声,不仅会影响识别结果的精度,还会导致虚假模态的存在,所以实际运用中需要先对响应信号进行一定的预处理。现阶段被广泛运用的预处理方法是总体经验模态分解(EEMD)算法,虽然该算法是在EMD算法基础上改进得到的,但依然存在一定的缺陷。为了弥补这些缺陷,提出了一种新的分解算法,即互补自适应噪声的集合经验模态分解算法(EEMDCAN)。首先确定添加白噪声的幅值标准差和集成平均次数,接着引入了统计学中的聚类分析、相关性分析以及模糊综合评价算法来实现信号的自适应分解与降噪。最后利用所提算法对仿真信号进行分解与重构,并将所得结果与EEMD分解结果进行对比分析,以验证所提算法的可行性;同时为进一步验证所提算法能运用于实际桥梁结构中,以某大型斜拉桥为研究对象,利用改进算法对其加速度信号预处理,结果表明改进算法能够克服EEMD算法存在的模态混叠现象,能更好地对信号进行降噪与重构,且能保留响应信号中更多的有用信息,具有一定的实际运用价值。     

破损状态下斜拉桥模态参数的识别

该文以自由交通流作为环境振源对永和斜拉桥动力特性进行测试，对其使用15a后的模态参数进行识别，结果表明，采用该文提出的方法避免了由于禁止车辆通行、采样时间长等问题给环境随机振动测试带来的困难，具有很大的优越性。其测试数据可作为斜拉桥破损状态下的动力指纹，可为结构在线健康监测提供技术支持。     

斜拉桥环境激励模态参数识别不确定性试验研究

为分析环境激励法模态参数识别的不确定性,对一模型斜拉桥进行了分区模态试验,测试了主梁竖向和扭转、主塔面内和面外模态。首先,分析了非白噪声激励对模态参数识别的影响,提出采用结构有限元模型仿真分析结合稳定图剔除虚假模态的方法。其次,采用特征系统实现算法(ERA)结合提出的虚假模态剔除方法,识别出全桥15阶模态。再次,采用峰值法(PP)、正交多项式法(RP)、最小二乘复指数法(LSCE)、随机子空间法(SSI)分别进行模态参数识别,对比了各方法模态参数识别结果,统计了其不确定性,频率的识别结果变异性小,阻尼和振型有较大的变异性。最后,采用MONTE CARLO法对实测频响函数添加噪声后进行模态参数识别,结果表明,测点位于振型振幅较大位置时,模态参数识别结果的不确定性小,模态参数识别方法的不确定性比噪声的不确定性大。     

斜拉桥锤击法模态参数识别不确定性的试验研究

为分析锤击法模态参数识别的不确定性,对一座模型斜拉桥进行了分区锤击法模态试验,采用变时基技术测试了主梁竖向和扭转、主梁横向、主塔面内和主塔面外模态。首先,采用特征系统实现算法(ERA)进行模态参数识别,ERA法的稳定图能够有效区分密集模态,识别出全桥21阶模态参数。其次,采用峰值法(PP)、正交多项式法(RP)、最小二乘复频域法(LSCF)、最小二乘复指数法(LSCE)分别进行模态参数识别,对比了各方法模态参数识别结果,统计了其不确定性,结果表明,频率的识别结果变异性小,阻尼和振型有较大的变异性。最后,采用MONTE CARLO法对实测频响函数添加噪声,RP法进行模态参数识别,结果表明,测点位于振型振幅较大位置时,模态参数识别结果的不确定性小,模态参数识别方法的不确定性比噪声的不确定性更大。     

基于振型动能法的大跨度斜拉桥振型分析和模态识别

针对拉索的自身振型以及与塔梁相互间的模态耦合作用被人为忽略和单凭振型图难以识别出主梁的主振型两大问题,采用多段索单元模拟拉索以便能准确地计算结构模型。通过动力计算分析振型参与的动能比例,实现了振型识别功能,得出斜拉桥的自振频率和振型。分析结果表明:斜拉桥的自振特性表现出明显的三维性和相互耦合的特点,主梁、桥塔、斜拉索之间相互影响;在一个较宽的频率范围内,许多振型都可能被动力荷载激起强烈的振动;为识别出主梁振动为主的振型和主振型方向分析振型参与的动能比例,应采用10阶以上的振型情况分析,为动力测试提供理论数据。     

基于模态分析理论和神经网络的斜拉桥拉索损伤识别研究

将振动模态分析和神经网络技术结合起来,以振动模态构造的损伤标识量作为神经网络识别输入的特征参数,进行结构健康监测。根据云阳长江公路大桥设计资料,考虑桥梁拉索结构的单构件损伤、2个构件损伤、3个构件损伤3类损伤工况,分别采用了模态频率、位移振型模态、曲率模态3种指标作为神经网络的输入参数,共建立9个BP神经网络模型进行了桥梁损伤识别的研究。研究结果表明基于振动模态分析理论和BP神经网络的桥梁损伤识别方法可用于识别斜拉桥拉索结构的损伤位置和损伤程度。     

基于模态参数组合的板结构损伤识别

基于弹性薄板的振动特性分析,通过弹性薄板结构的模态参数重新组合的方法建立矩形薄板的损伤指示量指标;以矩形薄板作为研究对象,建立板的有限元模型,通过降低板的有限元模型局部单元的弹性模量来模拟板的损伤状态,三类简支薄板的损伤模型的数值模拟结果表明该方法对板损伤位置能够精确定位,对板结构单一损伤和多处损伤的定量检测效果明显.     

基于改进DATA-SSI和聚类分析的桥梁结构模态参数识别

桥梁结构的模态参数主要用于桥梁结构损伤识别及使用性能评估,在桥梁健康监测系统中具有十分重要的意义。目前较为常用的模态参数识别算法是随机子空间识别算法,主要包括协方差驱动的随机子空间识别算法和数据驱动的随机子空间识别算法。在利用随机子空间算法识别桥梁结构的模态参数时,首先需人为依据稳定图来进行系统阶次的确定,通过对稳定图定阶的不断研究,发现其依然存在模态失真和计算量大这两方面的缺陷,为此提出了新的定阶算法以实现系统阶次的自适应确定。其次需要人为参与稳定图中真实模态的辨识,这不仅降低参数识别效率,还导致筛选的结果带有一定主观性。为了避免人为参与定阶和真实模态的筛选,提高模态参数识别的效率,在现有随机子空间算法的基础上引入聚类分析算法,提出了一种改进的模态参数自动化识别算法,以实现系统阶次的自动化确定和稳定图中真实模态的自动化筛选。再通过一座试验桥验证了真实模态存在的规律。最后将改进算法运用于识别实际大型斜拉桥的结构参数。结果表明:改进算法能够实现实际桥梁结构的模态参数自动化识别,且识别结果具有可靠性。     

基于二分法的斜拉桥施工控制过程参数识别

提出了二分法确定斜拉桥施工控制过程中参数识别实用计算方法,该方法只需按施工步骤进行正装迭代计算,通过多次的迭代计算,可获得满足精度的参数值,避免了传统方法计算繁琐和无法考虑混凝土的收缩徐变和几何非线性等问题,并且通过一座实际桥梁的计算分析,证明了本方法的实用性,具有一定的应用价值。     

基于稳态简谐激励的人行桥模态参数识别

为了探究稳态激振现场试验方法在人行桥模态参数识别中的可行性,通过数值仿真分析和现场试验,研究了基于稳态激振的人行桥模态参数识别。该方法首先通过单点简谐激励获得结构稳态响应的频响函数(FRF),然后对实测频响函数按单模态或多模态叠加形式进行最小二乘曲线拟合得到结构的固有频率、阻尼比、模态振型和模态质量。以一频率密集分布的多点弹性支撑梁为数值算例,分析了激振器激振质量、频率间隔、激振次数、多模态参与和噪声对识别结果的影响。采用该方法识别了一座双层分离桥面曲线人行桥第1阶侧弯模态的频率、模态质量及阻尼比,为该桥的人致振动分析及减振设计提供了有效手段。结果表明:激振质量会改变结构固有模态参数,因此在满足激振条件下激振质量应尽可能小;选择合适的激振带宽和较小的激振频率间隔能获得更可靠的结果;人行桥现场稳态激振试验识别的频率和阻尼比与自由振动识别结果基本相符,识别的模态质量与有限元计算结果相符,说明该方法可行。     

斜拉桥施工控制中的参数识别

大跨径斜拉桥施工控制中 ,影响参数的识别是判别实际值与理论值误差的有效途径 ,是通过调整参数使结构受力均衡的关键。在各施工梁段中 ,根据状态变量的实测值与相应理论值的判别 ,利用最小二乘法和引入加权矩阵 ,对影响参数进行误差识别 ,据此可作为对未施工梁段的相应参数进行误差预测和调整分析的依据。以广州鹤洞大桥为工程算例 ,说明了该方法的运用     

斜拉桥索力测定及其参数识别

文章总结了当今几种斜拉桥斜拉索索力的检测方法及其优缺点,重点讨论了当今应用最为广泛的索力检测法——频率法的原理、应用及所存在的理论问题。分析采用频率法测定索力时,对影响其测量精度的主要因素:索的刚度、索的垂度、索的边界条件等进行了比较详尽的分析,并对不易确定的拉索抗弯刚度进行参数识别,通过对拉索振动信号的频谱分析,得到扭绞型高强钢丝斜拉索的抗弯惯性矩约为同直径钢棒的0.5倍,并提出了两端为墩头锚的斜拉索索长修正的经验公式。该方法对于精确测定施工过程中、使用状态及成桥状态的拉索的索力均适用,并在某斜拉桥工程算例得到验证。     

考虑运营环境不确定性的斜拉桥模态频率识别

为剔除运营环境因素（温度、车辆荷载、风等）对斜拉桥结构模态频率的影响,凸显因结构损伤引起的频率变化,对运营环境和模态频率之间的量化和传递进行研究。首先,考虑温度对材料弹性模量以及几何特性的影响,对温度影响模态频率的机理进行分析,以灌河大桥为工程背景,在较长时间尺度内对模态频率进行单因素回归分析;然后,根据匀速移动常量力作用模型推导移动荷载和结构振动强度的关系,考虑到车辆荷载及风荷载在较短时间尺度内对桥梁结构作用存在较强的耦合关系,采用非线性主成分分析方法（NLPCA）对运营环境因素进行主要特征提取和冗余信息的剔除,使用人工神经网络（ANN）模型实现两者之间的量化和传递;最后,提出基于运营环境变量分析的模态参数修正方法。结果表明：在较长时间尺度内,温度和车辆荷载与斜拉桥模态频率均有明显的负线性相关性,40℃季节温差对灌河大桥模态频率的影响为1.3%;非强风期间,主梁加速度RMS可近似反映桥上车辆荷载的变化;在短时间尺度内,温度与车辆荷载2种因素影响水平相当,一天内对灌河大桥影响一般不超过1%;基于NLPCA的ANN回归模型能较好地实现灌河大桥环境因素与模态频率的传递,剔除运营环境因素影响后的斜拉桥模态频率变异性明显降低,主要包含某些随机误差,符合正态分布。     

斜拉桥损伤识别的模态柔度指标分析

结合斜拉桥结构，应用高精度三维有限元模型，对桥面损伤位置识别的模态柔度指标进行了研究。探讨了柔度指标的构造、模态参数的选取及其对计算精度的影响和对斜拉桥可能损伤情况的灵敏性与稳定性等。用于损伤识别的模态柔度指标在构造上可以克服实际应用上的不完全测量所带来的困难，对测点位置和数量均不做过强的约束。柔度指标的构造方式体现了振型与频率的综合特性，具有较好的灵敏性和稳定性。通过少量低阶模态参数就能够计算得到可靠的柔度指标，因此，为实际测量带来较大方便。     

基于响应面法的斜拉桥施工过程参数识别

针对北盘江大桥施工过程中第15#梁段斜拉索张拉到位后主梁实际标高和有限元模型计算理论标高存在偏差的问题,采用响应面法识别对主梁标高产生误差的主要参数,结果表明,15#梁段索力减少24.2kN、梁段重量增加33.3kN;将修正后的参数代入原计算模型进行分析,得到理论标高与实测标高的相对误差在±2mm以内。     

单索面斜拉桥模态参数测试与分析

根据某双塔单索面预应力混凝土斜拉桥结构受力特点,采用有限元软件对桥梁结构进行建模计算分析。基于现场模态试验,测试桥梁结构的模态参数,分析桥梁结构的动力特性,评价桥梁承载能力。结果表明,理论分析与实测模态参数分析的结果较为吻合,主桥整体刚度良好,结构传递振动能力及均质性较好。     

基于工作模态法的动力总成刚体参数识别

介绍一种基于多参考点最小二乘频域法(一种工作模态法)的刚体参数识别方法。它适用于具有阻尼和非线性刚度支承的系统(如汽车动力总成),可在实车工作情况下对动力总成的模态参数和惯性参数进行识别。通过实验验证了该方法的有效性。     

基于稳定图解析的桥梁模态参数全自动识别

桥梁模态参数识别是桥梁智能监测的重要内容,传统桥梁模态参数识别方法需要人工干预,不适合连续监测,且在传感器较少时可能失效。为解决该问题,提出改进的稳定图解析方法,实现桥梁模态参数全自动识别。首先,提出模态相似指标(Modal Similarity Criterion, MSC)度量模态相似性,解决传统模态置信度指标在传感器较少时可能失效的问题;然后,提出新的稳定图自动清洗方法,剔除稳定图中的大量虚假模态,同时提出改进的层次聚类算法自动解析清洗的稳定图,实现模态参数自动识别;最后,将提出的方法应用于一座斜拉桥和一座具有密集模态的连续梁桥Benchmark,并在极端传感器布置工况下验证所提方法辨别密集模态的可行性。结果表明：即使在发生振型空间混叠时,提出的MSC指标仍能有效辨别不同模态;提出的稳定图自动清洗和自动解析方法不需要任何人工设定的阈值,能够自动剔除虚假模态并得到准确的模态识别结果,同时能够准确识别发生振型空间混叠的密集模态。提出的自动识别方法不受结构刚度和加速度传感器布置位置和数量的限制,能够统一地应用于具有不同刚度和不同传感器布置工况的跨海桥梁集群监测。     

斜拉桥索力参数识别与测试评价

桥梁运营健康监测系统中个别斜拉索索力超出设计理论值,本文重新复算了索长、索密度等参数,并对桥梁部分斜拉索进行索力测试,进一步明确斜拉索实际受力状况,为下一步维修处置提供依据,并可为同类型斜拉桥索力测试参数取值提供借鉴。