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基于特征系统实现算法的桥梁结构动力特性识别

作　者: 涂静
导　师: 朱宏平
学　校: 华中科技大学
专　业: 结构工程
关键词: 桥梁结构特征系统实现算法环境激励动力响应动力特性
分类号: U441.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

在桥梁振动分析与抗震设计中,结构的动力特性显示出越来越重要的作用,动力特性识别作为动力特性分析的重要方法,得到越来越广泛的应用。桥梁结构具有一定的特殊性和复杂性,由于环境激励下的模态识别方法仅通过响应数据识别模态,无需人为激励,节省人工和设备,不易造成结构损伤,能识别由于环境激励引起的动力特性的变化,在桥梁分析中得到应用广泛,特征系统实现算法是环境激励下动力特性识别的有效方法之一,其研究具有重要的理论和工程应用价值。首先,本文介绍了模态分析的基本理论,动力特性识别方法的发展历程。用SAP2000对试验用的工字型钢梁进行了模态分析,得到前三阶振型及频率值,为后面的动力试验研究提供理论依据。接着,从可控性和可观性理论出发,结合振动的有关知识,从理论上得到了特征系统实现算法的实现步骤。特征实现算法移植了控制理论中的最小实现原理,利用脉冲响应或者自由衰减响应数据构造Hankel矩阵,运用奇异值分解得到系统的最小实现,通过奇异值截断舍弃较小的噪声成分较多的奇异值,然后对系统矩阵进行特征值分解,得到结构的动力特性参数,利用模态精度指标剔除虚假模态。然后,用一根6 m长的工字型钢梁进行桥梁动力试验研究,动荷载由带砝码的小车来施加,试验中采用动态数据采集与分析系统。根据特征实现算法理论编制计算机语言程序进行模态识别,用模态幅值相干系数,扩展的模态幅值相干系数,模态相位共线性系数来剔除虚假模态。将识别结果与SAP2000计算结果,以及传统加速度信号频谱分析的结果进行对比。从特征实现算法对工字型钢梁的识别过程可以看到,特征系统实现算法具有较好的识别精度和抗噪性能,它仅通过结构的响应数据就可以进行动力特性识别,具有广阔的工程应用前景。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-17
  1.1 研究的目的和意义  9-11
  1.2 环境激励下模态识别方法的研究现状  11-15
  1.3 本文的主要研究内容  15-17
2 特征系统实现算法理论  17-38
  2.1 概论  17
  2.2 特征系统实现算法的相关理论  17-27
  2.3 特征系统实现算法的实现过程  27-32
  2.4 动力特性识别精度的判定指标  32-36
  2.5 本章小结  36-38
3 结构动力特性的特征实现系统算法及试验研究  38-60
  3.1 数值算例  38-40
  3.2 工字型钢梁的动力荷载试验研究  40-51
  3.3 基于特征系统实现算法的钢梁动力特性识别  51-54
  3.4 ERA 识别结果及其与数值分析的比较  54-58
  3.5 本章小结  58-60
4 结论与展望  60-62
  4.1 全文总结  60-61
  4.2 展望  61-62
致谢  62-63
参考文献  63-67
附录1 攻读学位期间发表的论文  67-68
附录2 攻读学位论文期间参与的科研项目  68

基于特征系统实现算法的桥梁结构动力特性识别

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