飑线风作用下大跨度斜拉桥模态特性实测研究

为表征雷暴风对大跨度斜拉桥的作用，以苏通大桥监测数据为基础，开展了飑线风作用下大跨度斜拉桥模态特性实测研究。首先，基于短时平稳假设，分析了飑线风的实测风场特性，探究了桥梁抖振响应与风速的相关性，并刻画了其在风速突增与下降过程中的差异；然后，计算了不同时段内主梁实测竖向、侧向和扭转加速度的功率谱密度，并分析了飑线风对主梁振动频谱的影响；最后，采用随机减量法，开展了飑线风作用全过程大跨度斜拉桥的模态参数识别，获得了桥梁的模态频率与阻尼比，从而研究了飑线风对大跨度斜拉桥模态参数的影响。研究结果表明：主梁抖振响应均方根与风速呈非线性正相关，飑线风前端与后端风场对桥梁抖振响应的影响总体类似；在飑线风作用时段内，大跨度斜拉桥各阶模态对应的振动能量相较其他时段更为显著；多阶竖弯、侧弯和扭转模态的频率随风速的增加而增加；阻尼比受风速影响较大，各阶模态的影响规律不尽相同；主梁1阶竖弯和1阶侧弯模态的阻尼比随风速的增加而增加，而1阶扭转模态的阻尼比随着风速的增加而减小。     

基于监测数据衰减响应模式提取的斜拉桥阻尼比特性分析

运营环境下桥梁受到的车辆荷载是非平稳的，不满足一般运营模态分析方法的基本假定，在桥梁阻尼比识别过程中可能引入较大误差。为了提升基于非平稳监测数据的桥梁阻尼比识别准确性，探究其变化规律，提出了一种基于衰减响应模式提取的桥梁阻尼比识别方法，从大量的识别结果中分析阻尼比在运营期间的统计特征及规律。该方法利用U-net卷积网络从桥梁的监测数据中提取出衰减响应数据，进而利用希尔伯特变换方法识别桥梁阻尼比。分析了一座独塔斜拉桥2年的监测数据，并识别了桥梁前2阶竖弯模态的阻尼比，统计了其在不同时段概率密度分布，分析了温度和交通荷载对阻尼比的影响规律。研究结果表明：所提方法可以从海量监测数据中有效提取出监测数据中的衰减响应；桥梁阻尼比分别与环境温度及交通荷载存在弱负相关和强正相关关系；桥梁阻尼比受车辆荷载影响显著，主要来源于摩擦耗能与车桥耦合效应，前2阶阻尼比平均值在车辆较少时分别为0.72%和0.58%,白天车流量较大时阻尼比平均值分别为1.05%和0.79%。     

桥梁结构模态参数的时频域识别

为在时频域内识别桥梁结构的模态参数,针对HHT(Hilbert-Huang Transform)方法识别桥梁结构模态参数中存在的端点效应、模态混叠以及频率识别与阻尼识别相互耦合现象,应用带通滤波和扩展随机减量法对HHT方法进行改进,建立了一种基于现代信号时频域分析的桥梁结构模态参数识别方法,然后基于MATLAB平台,编制了桥梁结构模态参数时频域识别程序,并以某吊拉组合桥梁全桥模型试验为例,利用实测数据对所提方法进行验证。结果表明,该方法能正确识别出模型桥梁的前11阶竖向自振频率、前6阶阻尼比以及前3阶模态振型;阻尼比的识别结果为0.2%~2%;识别结果与有限元模型修正后的计算结果相差不大。所提方法能正确、有效地在时频域内识别桥梁结构的频率、阻尼及模态等参数。     

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。     

基于EEMD和ARMA算法的某大型斜拉桥的模态参数识别

识别桥梁结构模态参数是结构健康监测和振动控制等研究及工程实践中的一个重要环节。基于EEMD和ARMA算法的模态参数识别技术,利用EEMD分解对原始加速度信号进行分析,然后对所得的IMF进行信号重构。将重构的加速度信号作为ARMA算法的输入,进行模态参数识别,得到了某大桥的前6阶频率,并分析了每阶频率1d内的变化波动情况。通过对比分析每阶频率与实际值的差距,表明该识别方法能有效识别该斜拉桥频率。     

大跨度悬索桥的多阶模态竖向涡振与控制

大跨度悬索桥具有多个竖向模态密集分布的特性。在常遇风速范围内,从低到高的各阶竖向模态随风速升高而逐个发生涡振,这就是大跨度悬索桥的多阶模态涡振问题。针对这一问题开展深入研究,讨论中国公路桥梁抗风设计规范中竖向涡振容许振幅的合理性;阐述了利用节段模型风洞试验和理论分析综合预测实桥多阶模态竖向涡振响应的基本方法,得到了各模态阻尼比相等时悬索桥各阶模态竖向涡振振幅基本相等的结论,并通过特殊设计的悬索桥竖向等效气弹模型和塔科马桥涡振实测资料,验证了这一结论;指出在既有桥梁上追加气动措施或安装调谐质量减振器抑制悬索桥多阶模态涡振都有很大的难度,进而提出了在加劲梁与桥塔之间安装直接耗能阻尼器的设想,并进行了气弹模型试验验证;讨论了采用电涡流阻尼器进行半主动涡振控制的可行性。研究结果表明：在相同阻尼比条件下大跨度悬索桥各阶竖弯模态的最大涡振振幅基本相等;依据最大加速度幅值按频率比的平方增加的原理,满足人体振动舒适性的高阶竖弯模态的容许振幅必然小于低阶模态,因此要更加重视起振风速在容许行车风速（25 m·s^-1）以内的高阶竖弯模态涡振;对于漂浮体系悬索桥,在加劲梁与对应桥塔之间设置阻尼器可有效抑制多阶模态涡振。     

基于频域分解法正交模态分离的阻尼比识别研究

频域分解法是一种频域模态参数识别方法，因其操作简单、抗噪声能力强而被广泛使用。虽然频域分解法对于振型和固有频率有着较高的识别精度，但是对于阻尼比的识别精度不够高，其原因是在多自由度结构下，求解阻尼比需要将固有频率窄带范围内的最大奇异值数据傅里叶逆变换到时域，并通过对数衰减法求解阻尼比，而窄带范围的数据很可能会受到其他阶模态的干扰，进而影响阻尼比的识别。因此提出了正交模态分离频域分解法识别结构的阻尼比。首先，通过结构响应计算出结构的输出功率谱矩阵，并使用频域分解法识别结构各阶固有频率和振型；然后，将识别出的固有频率和振型代入计算公式，使用振型正交等方法将各阶模态分离，并计算出各阶模态的增强输出功率谱函数，通过增强功率谱在频域计算出结构各阶的阻尼比；最后，在数值算例中对比了频域分解法以及正交模态分离频域分解法的阻尼比识别结果，并将理论应用于实桥的测试中，计算出该桥梁的前4阶阻尼比。结果表明：该方法可以将多阶输出功率谱矩阵分离成多个单阶的增强输出功率谱函数，并且通过分析增强输出功率谱函数的曲线直接在频域计算出结构的阻尼比，避免了在阻尼比识别中不同模态的相互干扰以及频时域转化带来的影响，提高了...     

超大跨度悬索桥长吊索涡振特性及其控制研究

针对超大跨度悬索桥长吊索风振突出的问题，以张靖皋长江大桥为背景，开展了超大跨度悬索桥长吊索涡振特性及其控制研究。基于嵌套网格技术，开展了2种直径长吊索涡振的数值模拟，并分析了吊索低阶与高阶涡振响应的特性。采用减振锤作为控制措施，开展了阻尼器参数设计，并通过节段模型风洞试验验证了减振装置对吊索涡振的控制效果。研究结果表明：不同直径的吊索在单索股和双索股情况下均可能发生涡振；不同阶次模态发生涡振的位移振幅接近，但高阶涡振的加速度幅值显著增加；考虑涡振对吊索疲劳性能的影响，采用减振锤能够有效抑制涡振响应。     

时变温度下某拱桥的状态诊断

在时变温度下,利用结构模态参数对桥梁结构状态诊断进行试验研究。通过对某拱桥模型进行长期动力测试,并对测试加速度信息进行模态参数识别,得到该模型在不同温度下前4阶的频率、阻尼比和振型。利用测试数据对该拱桥模型进行有限元模型修正,将结构的测试动力特性与有限元计算结果进行比较,分析该结构动力特性随温度的变化规律,建立环境温度与结构频率的关系模型,并利用该模型对测试模型的结构性能进行诊断。本文所提出的结构状态诊断方法能有效判别时变温度下该拱桥模型结构是否产生损伤,也为实际桥梁结构状态诊断提供了一种有效思路。     

时变温度下某吊杆拱桥结构的模态试验与分析

针对时变环境温度对实际桥梁结构的动力特性影响问题,进行了试验研究。首先,对某一吊杆拱桥模型进行了长期动力测试,通过模态参数识别,得到了该结构在不同温度下的前6阶频率、阻尼比和振型;其次,采用测试模态参数,利用子结构方法对该拱桥模型进行了有限元模型修正;再次,将结构的测试模态参数与修正后有限元模型的动力特性进行了比较分析;最后,通过回归分析,建立了环境温度与结构频率的关系模型,并利用该模型建立了测试结构在完好状态下的置信区间,从而利用该置信区间对测试模型结构的性能进行了诊断。研究发现:测试结构的频率随环境温度的升高呈下降趋势,而测试结构的阻尼比、振型对环境温度的变化并不敏感。     

基于Fast-ICA算法的改进EEMD算法在桥梁工程中的运用

目前,以振动分析为基础的桥梁结构健康状态评估方法逐渐受到人们的重视,模态参数识别作为振动分析的关键问题之一,还需进一步完善.模态参数识别即是对结构的振动信号进行动力特性参数的识别,以得到结构的频率、振型以及阻尼比.为了精确地识别出桥梁结构的模态参数,需先对传感器采集的结构响应信号进行分解和重构以保留结构的真实信息,再对...     

径向基网络在简支梁损伤识别中的应用

对简支梁进行了损伤分析,研究了不同损伤工况下的频率变化率和模态振型曲率变化,并采用径向基神经网络对结构进行了损伤识别研究,研究中采用了三种方案:仅利用频率变化率;仅用第1阶模态曲率变化;综合使用前3阶频率变化率和模态曲率变化.结果表明,基于动力参数和径向基神经网络的结构损伤识别方法能够准确地识别结构的损伤程度,神经网络...     

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。     

基于环境激励和子空间技术的自锚式悬索桥结构模态参数识别

结构模态参数的准确获取是自锚式悬索桥静力计算、抗风和抗震分析的重要基础。借助振动测试设备,在自锚式悬索桥加劲钢箱梁内记录了加劲梁多个测量点在环境激励下的振动响应时程,采用基于参考点的随机子空间技术开展了模态参数识别,获得了主跨350 m自锚式悬索桥的振动频率、振型和阻尼参数。试验结果与有限元分析对比表明,子空间识别技术能获得实际桥梁振动模态,而有限元分析存在明显不足,需要基于试验结果开展有限元模型修正。     

模态截断对轮胎柔度的影响

对195／60R14轮胎进行了模态试验，得到前17阶的模态参数，计算出轮胎柔度，应用指数函数拟合截取不同阶次得到的轮胎柔度，分析研究了模态截断对轮胎柔度的影响，当截取前10阶模态时，模态截断误差小于10％，截取前12阶时，误差小于5％。     

基于响应功率谱传递比的桥梁结构工作模态参数识别方法

为实现基于振动传递比函数的工作模态分析方法能够在任一荷载工况下识别结构模态参数，引入参考响应思路，构建响应功率谱传递比（Power Spectral Density Transmissibility，PSDT）函数。首先利用比例函数的极限定理，揭示PSDT在系统极点处的重要特性，进而根据这一特性建立PSDT驱动的峰值法；同时为解决传统传递比方法无法识别结构阻尼的问题，建立基于PSDT驱动的最小二乘复频域法（LSCF），通过参数化拟合思路识别频率、振型和阻尼比，并运用稳定图辅助剔除虚假模态。通过10层剪切型框架结构数值算例，对比研究外部激励性质对PSDT法及传统频域法（峰值法、频域分解法）识别结果的影响。最后，运用PSDT法对环境激励下的人行桥进行工作模态分析，并与传统响应传递比方法及随机子空间法（SSI）结果进行对比。研究结果表明：在同一工况下不同参考响应的PSDT函数在系统极点与外部激励性质无关，且等价于振型比值；PSDT法相比于传统频域法对外部激励具有更为良好的鲁棒性，能够降低识别谐波激励引起的虚假模态的风险；不同于传统响应传递比方法，在任一工况下基于PSDT法能够识别人行桥的包括阻尼比在内的工作模态参数，并产生更为清晰的峰值和稳定图，具有更好的可操作性；该方法识别结果与SSI结果吻合较好，验证了其在任一荷载工况下分析实际桥梁结构工作模态特性的可行性。     

大跨桥梁主梁涡激振动研究进展与思考

大跨桥梁主梁涡激振动与控制属桥梁工程核心技术难题，亦为桥梁抗风设计理论有待深入解决的关键科学问题。为推动大跨桥梁主梁涡振理论与应用研究的进一步发展，系统梳理国内外针对该问题的最新进展与前沿热点。首先总结现场实测、风洞试验、计算流体力学及理论分析4种常用研究手段及其适用条件，然后从主梁断面涡振驱动机理、涡振影响因素、三维全桥涡振计算方法及主梁涡振控制4部分回顾国内外最新研究进展，最后从试验与测试技术、理论分析、主梁涡振控制3个角度探讨大跨桥梁主梁涡振研究的发展趋势。结果表明：大跨桥梁主梁涡振研究在流体-结构耦合特性模拟、三维全桥涡振性能预测、实桥涡振控制等方面尚存在一些技术难题有待进一步探索；近年来围绕新型观测设备和试验技术、高精度气动力降阶模拟和人工智能手段、主动气动控制措施和新型被动机械措施方面出现了一些新的发展趋势，有较大的细化和深入研究的空间。     

基于温度影响的简支梁桥损伤识别的研究

近年来,基于振动的桥梁损伤识别成为土木工程的研究重点,而环境因素对模态参数的影响越来越引起人们的关注,温度是影响模态频率的主要环境因素。本文利用有限元软件ANSYS进行模态分析得出了不同温度下桥梁的模态频率值,实现了考虑温度影响的桥梁损伤位置和程度的定量识别。     

数据驱动随机子空间算法的桥梁运营模态分析

以某自锚式悬索桥模型试验为研究背景,采用数据驱动随机子空间识别算法和改进稳定图方法对桥梁结构运营模态分析进行研究.为解决数据驱动随机子空间识别中的系统定阶和虚假模态问题,采用奇异熵增量进行系统定阶,并对稳定图进行改进,实现了虚假模态的识别与剔除,最终达到了精确识别桥梁结构模态参数的目的.采用模型试验在不同数据采集方案下的测试数据,识别该模型桥相应测试条件下的模态参数,将识别结果分别与ANSYS理论计算值、DASY-Lab模态参数识别结果进行比较,验证了所提方法及自编程序的正确性,该方法可应用于桥梁结构的运营模态分析中.     

混合动力传动系扭转振动特性分析

混合动力汽车传动系与传统汽车的传动系相比在扭转振动特性上表现出新的特点,本文中采用集中质量参数法在AMEsim中建立了转矩耦合式混合动力传动系的扭振分析模型,计算了传动系的扭振固有特性,对其主要各阶扭振模态进行了分析。基于混合动力电机控制系统引入的PI控制参数和扭振分析模型,研究了PI控制的增益参数对传动系固有特性的影响。结果表明,比例控制参数会改变系统模态阻尼比,而积分控制参数则影响传动系的刚体模态,导致低阶的扭转频率和模态振型发生改变。