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面向结构健康监测的大跨桥梁模态参数识别方法研究与应用
| 论文题名： | 面向结构健康监测的大跨桥梁模态参数识别方法研究与应用 |
| 关键词： | 结构健康监测;模态参数识别;大跨桥梁;评估方法 |
| 摘要： | 在土木工程结构健康监测的损伤识别和评估技术中，基于振动测试数据的方法一直是目前国内外研究的热点和难点，有许多问题值得深入研究。本课题依托国家“863”计划项目“大跨悬索桥体系可靠度评估技术”（项目编号：2006AA042416），以国家重点工程项目--润扬长江公路大桥及其结构安全健康监测系统为主要工程背景，系统研究了大跨桥梁模态参数识别的理论方法、关键技术及其应用。本文的主要工作和成果包括： 1、系统阐述了环境激励下工程结构模态参数识别方法，编写了工程结构模态参数识别程序，实现了采用频域方法、时域方法和时频域方法三大类不同的方法识别结构的模态参数。 2、提出了基于复Morlet小波变换的模态参数识别方法。通过数值模拟和模型实验数据验证了基于Morlet小波变换的模态参数识别方法的有效性和准确性；在此基础上，联合使用Next技术，将基于复Morlet小波变换的方法应用于大跨悬索桥模态参数识别，取得了较为理想的识别效果。研究了基于复Morlet小波变换的模态参数识别方法的实时性。结果表明，小波变换方法能够同时利用信号时域和频域的信息，具有较高的实时性，且在识别低频信号时具有较高的精度，因此适合于大跨桥梁的模态参数在线识别。将该方法应用于润扬大桥，取得了较好的效果。 3、研究了基于SHMS的大跨桥梁在线模态识别技术。首先，对随机子空间方法的稳定图和振型进行了改进与优化，对主要参数进行了系统分析，包括计算协方差函数的样本长度、Toeplitz矩阵的行数、模型的阶数以及稳定图的阀值等；其次，以随机子空间方法为基础，将模糊聚类方法引入到模态参数的自动提取中，实现了模态参数的在线识别。 4、根据润扬大桥现场模态试验以及SHMS实测数据，研究了我国首座设置中央扣悬索桥模态参数的变异性。主要内容包括：①统计了大桥从建成之初到通车之初的模态参变化情况，并指出润扬大桥建成初期的模态参数处于一种不断变化调整的状态，其中前3阶低频振型（L1、L2和V1）的频率变化最为显著。②统计了不同环境温度条件下的桥面模态参数变化情况。③通过有限元模拟分析了主梁两端边界条件、车辆荷载以及材料特性对悬索桥模态频率的影响。结果表明，悬索桥具有较强的边界敏感性，主梁两端的伸缩缝刚度的变化是导致润扬大桥前3阶模态频率发生较大变化的最主要原因。 5、在概率统计理论的框架下开展了系统识别与评估方法的研究，探讨了基于贝叶斯理论的状态识别方法和基于模糊聚类分析的结构状态评估方法。 |
| 作者： | 李枝军 |
| 专业： | 防灾减灾工程及防护工程 |
| 导师： | 李爱群 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2010 |
| 正文语种： | 中文 |
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