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桥梁运营模态全自动识别、追踪及应用
| 论文题名： | 桥梁运营模态全自动识别、追踪及应用 |
| 关键词： | 桥梁工程;模态参数;自动识别;自动追踪;稳定图自动解析;模态相似性指标 |
| 摘要： | 模态参数是反应桥梁结构状态的固有特征参数，作为桥梁健康监测的重要内容之一，连续、自动获取桥梁运营状态下的长期模态参数是健康监测的核心需求。本文聚焦基于健康监测的桥梁运营模态参数识别与追踪中存在的自动化不足、适用性不广、鲁棒性不高等问题，以自动化为目标驱动，从运营模态自动识别和追踪两方面开展研究，理清识别和追踪全过程的核心问题，提出新方法和新指标解决传统识别方法中存在的系列问题，并通过工程应用验证提出的方法的有效性。主要研究内容及结论如下： （1）提出基于稳定图自动解析的模态参数自动识别方法，通过稳定图自动清洗、自动解析和识别结果异常值自动诊断实现模态参数自动识别。分析稳定图中真实模态和虚假模态数量的比例关系内涵，并基于该比例关系提出稳定图自动清洗新方法；提出改进模糊C均值聚类法的稳定图自动解析方法，自动提取稳定图中的物理模态，实现模态参数自动识别；引入可变箱形图检验识别结果中的异常值，自动剔除识别结果中不符合统计特征的异常值。 （2）提出度量模态相似性的模态相似性指标（ModalSimilarityCriterion，MSC），解决现有基于模态置信准则（ModalAssuranceCriterion，MAC）的模态参数自动识别方法在传感器较少而发生振型空间混叠时失效的问题，并改进稳定图自动清洗和自动解析方法，使其适用于任何刚度（柔度）桥梁的较少传感器布置工况。 （3）提出基于MSC指标的桥梁运营模态参数自动追踪统一方法，采用更新基准模态、基于MSC指标评估模态相似性和寻找MSC最大值进行模态连接的方式实现模态自动追踪。通过理论分析证明提出的模态追踪方法的可行性，并通过悬索桥和钢桁架连续梁Benchmark在不同传感器布置工况下的长期识别结果验证提出方法的可行性。 （4）梳理桥梁运营模态不确定性来源，并按来源将桥梁运营模态的不确定性分为算法不确定性和运营不确定性。基于悬索桥长期模态参数分析桥梁运营模态不确定性的统计特性，并引入变带宽核密度估计分析考虑算法不确定性和运营不确定性时桥梁运营模态参数的概率分布特性。 （5）提出桥梁涡激振动自动识别方法，开发了桥梁运营模态自动识别和追踪、桥梁涡激振动自动识别和追踪软件模块。通过港珠澳大桥工程应用、一座发生涡激振动的悬索桥涡激振动前、中、后全过程模态自动识别和追踪、一座正常运营的悬索桥9个月模态参数连续自动识别和追踪结果验证提出方法的可行性。 |
| 作者： | 贺敏 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 梁鹏 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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