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桥梁结构模态参数识别与应用研究

李宇  
【摘要】:桥梁的安全性直接与人民的生命与财产息息相关,所以及时地对桥梁的动态特性进行测试,检测结构参数的变化,从而建立桥梁的检测系统就显得尤为重要。在服役期间,桥梁结构通常会遭受各种自然灾害与人为等许多不确定因素的破坏,从而产生不同程度的损伤,加剧桥梁的老化,降低桥梁的承载能力,进而影响其安全运营。因此,通过识别桥梁结构的模态参数,检测其可能存在的损伤,建立起预警及适时维修机制,有助于从根本上消除隐患,避免灾难性事故的发生。 本文以北京潮白河桥为研究对象,综合运用信号处理、模态参数识别和有限元等理论与方法,建立了桥梁结构基准理论模型,对桥梁的动力测试试验,模态参数识别,结构有限元建立与修正进行了全面系统地研究。主要研究成果与创新点如下: (1)利用汽车激励测试了潮白河桥的动力特性,编制了桥梁结构振动信号预处理程序,该软件可起到滤波、积分、平滑、消除趋势项及提取随机振动信号中确定性信号的作用,可实现对海量数据有效精简,显著提高识别速度,且可以大大提高模态参数识别的精度和准确度。 (2)研究了基于频域的ZOOM-FFT桥梁模态参数识别方法和基于时域的ARMA桥梁模态参数识别方法。并编写了相应的计算程序,为分析结构动态特性的提供了有效的手段,并且可以作为有限元理论模型正确性的检验手段和优化目标。(3)建立了潮白河大桥空间有限元理论模型,根据振动测试法测定的结果, 对桥梁有限元模型进行了修正研究。基于此模型对大桥的动力特性进行了研究,分析了其固有频率与模态振型的变化规律,并通过和参数识别的结果比较,检验其模型修正的准确程度,为以后的研究桥梁动力谐响应分析研究提供了理论模型保证。


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