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原文传递强/台风下大跨斜拉桥非平稳抖振实测及模态参数识别研究

论文题名：	强/台风下大跨斜拉桥非平稳抖振实测及模态参数识别研究
关键词：	大跨斜拉桥;台风气候;抖振响应;桥梁荷载
摘要：	由于跨越能力强、造型美观等优点，斜拉桥在世界范围内得到了广泛应用。随着斜拉桥跨度的不断增大，结构刚度将逐渐减小，对风荷载的敏感度随之增加。强/台风作用下大跨度桥梁抖振响应及桥址区风场特性现场实测研究具有重要的理论和实际意义，可用于检验现有桥梁抖振响应计算理论、确定桥梁抖振计算中的关键影响因素等。已有部分实测研究表明，强/台风气候条件下的风速具有较为明显的非平稳特征，与传统桥梁风工程中常用的平稳随机风速假设存在差别。同时，在非平稳风荷载的作用下，大跨斜拉桥的结构动力响应也会表现出非平稳特性。然而，强/台风的非平稳风特性及大跨斜拉桥非平稳抖振响应实测研究相对较少。本文以2008年建成通车时的世界第一大跨度斜拉桥----苏通大桥为工程背景，基于大桥结构健康监测系统(SHMS)采集的风特性及结构响应数据，采用小波变换(WT)、希尔伯特黄变换（HHT）、概率统计等方法进行了强/台风下桥址区非平稳风特性、大跨斜拉桥非平稳抖振实测响应、模态参数识别及其演变规律等方面的研究。　　本研究主要内容包括：⑴强/台风期间桥址区风速和结构抖振响应的平稳性检验。基于强/台风期间该桥SHMS的实测数据，采用游程检验法分析了桥址区风速及结构抖振响应的平稳性，研究表明实测风速及抖振响应均具有一定的非平稳特征，有必要开展强/台风期间桥址区风速和结构抖振响应的非平稳特性研究。⑵强/台风期间基于现场实测的平稳风速模型和非平稳风速模型对比研究。以台风“达维”、“海葵”及冬季强北风期间桥址区实测风速数据为研究对象，基于平稳风速模型和非平稳风速模型分别求解了平均风速、紊流强度、阵风因子、紊流风速功率谱密度等风特性参数，并对两种计算结果进行了对比研究，结果表明，由于时变趋势项的引入，非平稳风速模型可更好地表征实测强/台风风特性。⑶强/台风期间桥址区脉动风速和结构加速度响应的非平稳性分析。采用基于小波变换的演变功率谱密度(EPSD)估计方法，分析了强/台风期间桥址区脉动风速和结构加速度响应的非平稳特性，并将EPSD均值与传统基于傅里叶变换的功率谱值进行对比，验证了EPSD估计的可靠性。所得EPSD直观地展示了实测脉动风速和结构振动加速度能量的时频分布。结果表明，脉动风能量在时域和频域内的变化均较明显;主梁的振动能量也有明显的时变特征，但其能量主要集中在几个特定的频带内。⑷台风期间大跨度斜拉桥抖振响应全过程实测研究。利用SHMS在台风“达维”、“海葵”期间测得的桥址区风速和结构振动加速度响应，采用时频分析和统计方法，研究了大桥主梁、斜拉索和主塔等关键构件振动加速度响应的相关特性，包括加速度响应RMS与风速之间的关系和加速度响应的频谱特性。其中，采用峰值法识别了大桥主要模态的自振频率，并将其与有限元计算结果进行对比。研究结果表明该桥SHMS实测数据真实可靠，并可为修正现有抖振计算理论提供实测参考。⑸台风期间大跨度斜拉桥模态参数及其演变规律研究。以台风“达维”和“海葵”期间大桥主梁跨中截面实测加速度响应为分析对象，分别采用希尔伯特黄变换和小波变换对该桥模态参数进行了识别，并探讨了风速对大桥模态参数的影响。研究结果可为该桥有限元模型修正及强/台风期间结构状态评价提供参考。
作者：	程怀宇
专业：	土木工程
导师：	王浩;张宇峰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文