基于环境激励的桥梁模态参数识别
环境激励下模态参数识别方法研究
模态参数是指结构动力特性的基本参数，是描述结构动力特性的基本概念，包括固有频率、阻尼比、振型等。
结构模态参数的准确识别，是进行结构健康监测及故障诊断的重要基础，直接关系到结构安全，因此，开展结构模态参数识别技术研究具有重要的理论意义与工程实用价值。
近年来，利用环境激励已大量应用于土木工程的结构动力特性测试中。
环境激励测试能够在结构的实际工作状态下进行，更真实地了解结构的动力特性和结构性能。
本文将对各种模态识别方法进行分类汇总、论述，并对环境激励下模态参数识别算法有待进一步研究的问题进行了展望。
1频域识别算法1.1峰值拾取法基于结构的频响函数在其固有频率位置处会出现峰值的特征，可以实现对结构的模态参数识别。
由于环境激励下无法得到结构的频响函数，用功率谱密度函数代替结构的频响函数实现模态参数的识别，功率谱由实测的随机振动信号快速傅立叶变化转化得到。
姜蕾蕾[1]将幂指数窗应用于多种结构中，并与其他五种窗函数对比研究，确定能够有效改善傅立叶变换后频谱的质量,从而提高峰值拾取法的频率和阻尼比识别精度,拓宽峰值拾取法对阻尼比的适用范围。
陈涛[2]将测点传递率函数矩阵的第2阶奇异值倒数的均值为模态指示函数，建立基于多参考测点平均的峰值拾取法，准确识别系统的模态频率及振型。
在实际应用中，该方法只需计算少量的局部极值点，识别速度快，适用性广泛，被大量使用在实测实验中。
但由于峰值拾取法对峰值的选择较为敏感，对于峰值存在干扰或者峰值较小的信号，可能导致参数提取不准确，并且输出结果可能受到峰值选择的主观性影响，存在一定的不确定性。
因此，在使用时需要综合考虑实际需求和信号特征，选择合适的峰值。
1.2频域分解法频域分解法是峰值拾取法的优化算法，基本原理是根据振动响应构建谱函数矩阵，通过奇异值分解，将多自由度系统转换为单自由度体系，依靠峰值法选取特征频率，进而对系统进行识别。
频域分解法在20世纪80年代由Prevosto[3]所提出。
基于环境激励的桥梁模态参数识别
（ ３ ） 自然环境激励法 。由于 白噪声环境 激励 的条件下 ， 桥 梁结构 中的某两点 之间相应 的互关 函数 的相关 表达式 与 脉冲响应 函数具有很高 的相似性 ， 当能够精确 的确定某两 点 之间相应 的互关 函数后 ， 就可以借助时频域模态参数识别 法 完成对桥梁结构模态参数 的识别 ， 这就使 自 然环境激励法完 成模态参数识别的原理。在桥梁的模态参数识别中， Ｎ Ｅ Ｘ Ｔ 法已经基本 实现 了普及 和应用 。 （ ４ ） 频域分解 模态 参 数识 别法 。频域 分解 态参 数识别 法 是在 峰值拾取法基础上进行 了合 理的延伸和完善值拾取法缺点 的出现 ， 实现对峰值拾取法 的
完善和补充 。频域分解 态参数 识别法 的原理 是通 过奇异值 分解 ， 将响应功率谱合理的分解为相应的多 阶模态单 自由度 系统功率谱 。频域分解态参数识别法 的优点是精度高 、 抗 干 扰 能力强 ， 但该方法适用范 围有 限 ， 仅适 用 于方阻尼 比较小 的系统结构 。 （ ５ ） 随机子 空 间模 态 参数 识别 法 。随 机子 空 间模态参 数识别 法是通过将输 入假定 为 白噪声随机 输入来 完成对模 态参数识别 的方法 。但 随机子 空间模 态参数 识别 法的相关 假定与实际情况存在着一定的误差。随机子空间模态参数 识别法的基本理论依据来 自于时域的状态空 间方程 ， 其适用 范 围存在一定的局限性 ， 仅适用于线性系统 。 （ ６ ） 随机减量识 别法 。随机 减量 识别 法是 在实 现样本
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ４— ０ ５—１ １
（ １ ） 环境激励 下 桥梁模 态识 别 可 以借 助桥 梁 的正常使 用运 营环境 中的风 、 地 面作用 、 车辆 动荷载等 作用及其 复合 作用对桥梁结构激励后 产生 的 响应 数据进行 相应 的模 态参 数识别， 可以大大降低模态参数识别的成本费用。 （ ２ ） 环境激励 下桥 梁模 态识 别不 需要 借助人 工激 励设 备进行桥梁结构 的激励 ， 可 以节 省激励 过程耗 费的时 间 ， 节 省 了整个识别进程 的时 间。 （ ３ ） 环境激励 下桥 梁模 态 识别 安全 性相 对较 高好。人 工激励设备 的工作过 程需要 对桥 梁的局部 结构施加一 定的 能量 ， 来 达到激励 的 目的 ， 这将 可能 给桥梁结 构造成一 定损 伤， 埋下安全 隐 患。环境 激励 则 克服 了人 工 激励存 在 的问 题， 借助 自 然 环境 以及相关使用环境 的激励来完成对桥梁结 构 的模态参数识别 ， 不会 给桥梁 结构造成 损伤 和破坏 ， 具有 较高 的安全性和适用性 。 ３ 基于环境 激励 的桥梁模态参数识别实例研究 （ １ ） 环境激励 的桥梁 振动测试 实例桥梁全长约为 ２ ７ ０ ｍ左 右 ，距地 面高度约 为 ５ ２ ． ４ ｍ。在 实例 桥梁 的识 别试 验 中， 在不 同结 构位置选 定了 ９个 测定点 。在每次测试 中完成对 ４个测试点 的参数测定 ， 重复 利用测定传感器 ， 共分为 ３次完成所有测试点的测定 。在测 试过程 中 ， 要 固定 一个测点不动 ，作为测试 的参考点。根据 实例桥梁 的模态 ，应尽 量选 择振 幅较 大的节 点作为传 感器 布置位置 ， 传感 器的布置 图见 图 １ 。第一 次测量 １ ， ２ ， ４ ， ５ 点； 第二次测量 ３ ， ７ ， ４ ， ５点 ； 第 三次测量 ６ ， ８ ， ４， ９点。
环境激励下桥梁结构模态参数识别方法的研究
本 文在 现有研 究 的基 础上 ， 用 加速 度 信 号 、 虑 利 考
白噪声 因素 的影 响 ， 一 实 际 桥 梁在 环 境 激 励 下 进 行 对
置及 变化情 况 进 而 实 现 结 构 的健 康 监 测 和 损 伤 诊 断 ， 判定 结构 的 寿命 和安 全 程 度 。 因此 ， 构 模 态参 数 的 结
准确识别 是该 项技术 的核 心之一 。 所谓 环境 激励是 指 风载 、 辆 载荷 、 车 冲击 波等 随 机 引起 的扰 动 ， 激 结 构 动 力 响应 具 有 幅 值 小 、 机 性 受 随 强 、 噪音影 响 和 数 据量 巨 大 等 特 点 。但 是 在 进行 模 受 态 参数识 别时 ， 无需增 加 特殊 测 量设 备 ， 不 干扰 桥 梁 也 的正常 运行 ， 只利 用 测 得 的 响应 （ 出） 据 即可 在 线 输 数
仿 真 分析 ， 一 步探 讨 将 Ｎ ｘ／ Ｒ 进 Ｅ Ｔ Ｅ Ａ方 法 应 用 在 桥 梁 结构模 态参 数识别 中的有效性 和 可行性 。
１ 基 本 理 论
利用 Ｅ Ａ算法进 行 系统模 态 参数 识 别 时 ， Ｒ 要用 到
识别结 构 的模 态参 数 ， 因此 ， 于环 境 激励 的振 动 响应 基
摘 要 ：研究了在环境激励下对桥梁结构进行模态参数识别的一种时域联合算法： 自然环境激励技术（ ＥＴ 和 Ｎ ｘ）
特征系统实现算法 （ Ｒ 的结 合（ Ｅ Ａ） 简称 Ｎ ｘ／ Ｒ Ｅ Ｔ Ｅ Ａ法） 。通过对某一预应力混凝 土连续梁 桥结构 的仿真 ， 其中考虑 了利 用加速 度信号 、 外界 白噪声 因素 的影响 ， 了方法 的有效性 ， 验证 并指 Ｎ ｘ ／ Ｒ Ｅ Ｔ Ｅ Ａ法适合 于环境振动下 桥梁结构 的监测 、
基于环境激励的大跨度斜拉桥模态参数和索力识别
中图分类号 ：Ｔ ３ １ ０ ２ Ｕ １ ：３ ７ 文献标识码 ：Ａ
Ｍ ｏ ａ ｄ ｎｔｆｃ ｔｏ ａ ａ ｅ ｔ ｎ ｉ ｎ ｅ ｔｍ ａ ｉ ｎ ｆ ｄ ｌｉ ｅ ｉ ａ ｉ ｎ ｎｄ ｃ ｂｌ ｅ ｓｏ ｓｉ ｔＯ Ｏ ｉ ｌ ｎｇ ｓ ｎ ｃ ｂｌ －ｔ ｙ ｄ ｂ ｉ ｅ ｂ ｓ ｄ ｏ ｍ ｂ ｅ ｘ ｉ ｔｏ ｏ ｐａ ａ ｅ ｓａ ｅ ｒ ｄｇ ａ ｅ ｎ ａ ｉ ｎｔｅ ｃｔ ｉ ｎ ａ
振 第３ ｌ卷第 １ ６期
动
与
冲
击
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＶＩ ＢＲＡＴＩ ＯＮ ＡＮＤ Ｓ ＨＯＣＫ
基 于 环境 激 励 的大 跨度 斜拉 桥 模态 参 数 和 索力识 别
叶锡钧 ，颜全胜 ，李
（． １华南理工大学 土木与交通学院 ， 广州
健 ，王卫锋 ，朱 添丰 ，刘 明慧
６８１ １０ ）
５０４ ； ． １６１ ２伊利诺伊 大学 香槟分校工学 院， 国香槟 美
摘 要 ：模态参数和索力是评估斜拉桥健康状环境激励 的模态测试和拉索振动测试 ； 提出了基于 Ｅ Ａ的多参 考点稳定 图算 法 ， 置不 同的参 考点 ， Ｒ 设 利用 自然 激励技术 结合特征 系统实现算法 （ Ｅ Ｔ— Ｒ 识别模态参数 ， Ｎ ｘ Ｅ Ａ） 通过 阻尼 比、 基于输 出矩阵的一致模态指标 （ ＭＩ０） Ｃ 一 和模态置信度 （ Ｃ 作为判别标准 ， ＭＡ ） 识别 出崖 门大桥 的竖 向和横 向模态参数 ， 通过和增强频域分解法 （ Ｆ Ｄ） 别结果 的比较 ， ＥＤ 识 可知该 算法 具有 良好 的识别效果 ； 分析了斜拉索与主梁的共振频率范围 ， 通过二次拟合识别较长拉索 的低 阶频率 ， 根据两种 不同 方法 的索力识别结果 可知 ， 该桥 的索力分布 比较均匀对称 。 关键词 ：环境激励 ； 斜拉桥 ； 模态参数识别 ； 多参考点稳定图 ； 索力识别
基于环境振动的大跨度桥梁模态参数识别研究的开题报告
基于环境振动的大跨度桥梁模态参数识别研究的开题报告一、选题背景和意义大跨度桥梁是现代城市道路交通网络的重要组成部分，其承载着数以万计的行人和车辆，对桥梁结构的安全性、稳定性和可靠性等方面提出了更高的要求。
而振动是影响大跨度桥梁结构稳定性和安全性的主要因素之一，因此对于大跨度桥梁结构的模态参数识别显得尤为重要。
目前，大跨度桥梁结构模态参数的识别通常依赖于实验室试验或者在桥梁上进行的实测。
但是这些方法都存在一些问题，如实验成本高、操作条件复杂、实验结果不一致等。
因此，对于大跨度桥梁的模态参数识别方法的研究具有重要意义。
本文旨在利用环境振动对大跨度桥梁的模态参数进行识别，以实现对桥梁结构的准确分析和监测，为有效维护和管理大跨度桥梁提供有益的参考。
二、研究内容和方法本文将针对大跨度桥梁结构的模态参数识别展开深入的研究。
具体内容包括：1.利用环境振动对大跨度桥梁结构进行频域分析，找出桥梁的主要振动模态，并计算出对应的特征频率和阻尼比。
2.根据实测的振动响应数据，采用子空间识别算法或时域自相关函数法等先进的模态参数辨识方法对环境振动测试数据进行分析，获得大跨度桥梁结构的模态参数。
3.利用有限元模型进行模态分析，建立模型模拟桥梁在不同工况下的振动，并将模拟结果与实测结果进行对比分析，验证模态参数识别方法的有效性。
四、预期结果本文的预期结果包括：1.基于环境振动数据成功进行大跨度桥梁结构的模态参数识别，得到大跨度桥梁结构的特征频率和阻尼比等信息。
2.实现桥梁在不同工况下的模态分析和振动模拟，加深对大跨度桥梁结构动力响应特性的理解，并为桥梁结构的安全运行提供有效的技术支撑。
3.进一步完善大跨度桥梁结构的诊断监测技术，为大跨度桥梁的维护管理提供可靠的依据。
五、研究意义通过对大跨度桥梁结构的模态参数进行识别，可以更加全面地了解桥梁的动力响应特性，从而提高桥梁的安全性和稳定性。
同时，基于环境振动的模态参数识别方法具有非接触性、实验室无需现场测试以及数据获取方便等特点，可以有效地降低诊断监测成本，提高桥梁结构的运行效率和安全性。
桥梁模态参数识别方法
桥梁模态参数识别方法桥梁模态参数识别就像是给桥梁做一场超级细致的身体检查，找出它隐藏的那些“小秘密”。
你可以把桥梁想象成一个超级大的乐器，模态参数呢，就像是这个乐器独特的音色密码。
识别这些参数就如同寻找这个大乐器到底能发出哪些独特的声音。
有的方法就像是用听诊器一样，一点点去听桥梁的“心跳”。
比如说环境激励法，这就好比是在桥梁正常工作的时候，趁它不注意，悄悄去偷听它在自然环境下的那些微弱的“哼哼声”。
就像在一个热闹的聚会上，想要听清楚一个人小声嘀咕啥，得非常专注才行呢。
还有一种方法叫强迫振动法，这就像是给桥梁来一场超级刺激的摇滚音乐会。
给它施加一个特定的力，就像摇滚歌手在舞台上尽情呐喊，让桥梁随着这个力开始“摇摆”，然后我们就可以观察它是怎么动的，就像观察一个在舞台上疯狂跳舞的人，从它的舞步里分析出它的特点。
而对于基于输出的模态识别方法，这就像是从桥梁的“言行举止”来判断它的内在性格。
只看它对外界的反应，就像看一个人遇到事情的反应来判断他的性格一样。
不打扰它，就静静看着它怎么应对日常的“小麻烦”，像是风轻轻吹过或者车辆经过时它的微小晃动。
参数识别里的频域法呢，就像是把桥梁的反应放在一个特殊的音乐播放器里，把它的振动变成一个个高低不同的音符。
然后通过分析这些音符的高低、长短，来解读桥梁的秘密。
这就好比从一首奇怪的音乐里找出那些隐藏的旋律规则。
时域法又像是一个时间的侦探。
在时间的长河里，跟踪桥梁的每一个小动作，不放过任何一个小细节。
从它一瞬间的抖动到长时间的缓慢变化，就像侦探追查罪犯的每一个踪迹一样，严谨得很。
模态参数识别可不能马虎呀，不然就像给一个病人乱开药一样。
要是识别错了，那对桥梁的健康评估可就大错特错了。
就好比把一个只是有点小感冒的人当成得了绝症，那可就闹大笑话了。
所以这些方法得相互配合，就像一群超级英雄组合起来，才能准确地掌握桥梁的模态参数，确保桥梁这个“大巨人”稳稳地站在那里，不会突然给我们来个大惊吓。
结构健康监测论文：结构健康监测模态分析模态参数识别环境激励
结构健康监测论文：结构健康监测模态分析模态参数识别环境激励【中文摘要】土木工程结构是国家基础设施的重要组成部分,对人民的生活和安全有着直接的影响,所以在桥梁、大坝等大型土木工程结构中安装结构健康监测系统是十分有必要的。
而通过大型的土木工程结构动力特征参数的了解和掌握,可以方便的对其进行全方位的检测、评估和健康监测。
结构的模态参数能够反映出其动力特征,模态参数识别是实验模态分析的核心。
实验模态分析的模态参数识别可以分为两类,即传统的结构模态参数识别方法和环境激励下的结构模态参数识别方法。
两者相比较而言,基于环境激励下的模态参数识别方法能够仅仅利用所测得的响应信号来识别结构的模态参数,是仅基于输出数据的模态参数识别；并且具有无需对结构施加激励,节省人工和设备费用,可以避免对结构产生损伤等优点,因而在工程中得到了广泛的应用。
本文主要研究基于环境激励下桥梁模态参数识别问题。
完成的主要工作如下：(1)对目前国内外桥梁健康监测技术的发展进行了回顾,论述了其重要意义。
以桥梁健康监测技术所涉及的结构动力学层面的问题为切入点,对模态分析这一概念做了简单的概述,并就其核心问题—模态参数的识别进行了较为全面的论述,包括研究现状、已有成果和存在问题等方面。
(2)介绍了实验模态分析的相关原理,重点介绍了信号处理知识和模态参数识别知识：给出了离散傅里叶变换和快速傅里叶变换的推导公式；介绍了模态参数识别中频域方法和时域方法各自的技术路线,并对一些方法的原理、优缺点、流程等进行了研究。
(3)系统地讨论了环境激励情况下模态参数识别的频域方法。
通过对系统结构振动方程的分析,介绍了传统模态参数识别频域方法的表达式以及基本的识别过程。
重点研究了输入未知时正交多项式拟合法的理论背景和计算公式,给出了该方法的一般流程图,并对实验过程中需要注意的问题进行了探讨。
最后进行了数值算例的验证,证明了其有效性和可行性。
(4)为进一步研究正交多项式拟合法基于环境激励下输入未知时的稳定性和适用性,利用该方法应用于工程实例—郑州市南三环立交桥。
环境激励下模态参数识别方法研究
自然环境激励
包括风、雨、雪等自然条件，这些激励因素可以改变结构的动态特性，影响模态参数的识别。
交通环境激励
道路交通荷载、车辆行驶速度等交通条件，这些激励因素可以引起结构的振动，影响模态参数的识别。
机械环境激励
如设备运行时的振动、冲击等，这些激励因素可以激发结构的固有频率，影响模态参数的识别。
01
02
模态参数识别在结构健康监测、故障诊断和地震工程中的重要性
提高模态参数识别的准确性和可靠性
研究意义
为结构健康监测、故障诊断和地震工程等领域提供更为有效的工具和方法
拓展模态参数识别方法的应用范围和使用环境
02
模态参数识别方法研究现状
常规模态参数识别方法
要点三
最小二乘法
该方法通过最小化误差的平方和来估计参数，是一种简单且广泛使用的参数识别方法。
03
环境激励导致模态频率变化
环境激励增加模态复杂性
环境激励对模态参数识别的影响具有不确定性
环境激励对模态参数识别的影响分析
04
新环境激励下模态参数识别方法研究
基于模型方法
利用已知系统模型，通过输入输出数据估计模态参数。优点是精度高，缺点是依赖于精确的数学模型，不适用于未知系统。
基于逆问题方法
通过将系统方程转化为逆问题，利用观测数据估计模态参数。优点是适用于未知系统，缺点是计算量大，需要高斯-牛顿法等优化算法求解。
最新模态参数识别方法
强化学习算法
强化学习算法是一种通过试错学习的算法，可以应用于模态参数识别问题中，通过不断试错来逐渐逼近真实参数。
混合方法
混合方法是一种将传统方法与机器学习方法相结合的方法，通过结合不同方法的优点来提高模态参数识别的精度和效率。
环境激励下钢板组合梁桥模态参数识别
率 的关系：
9 9
5 ，5 >?5 5 5
(5)
得到系统的固有频率和阻尼比。
系统的振型可由输出矩阵 C和特征
向量矩阵 得到：
!"
(6)
2.2基于离散解析模式分解的模态参数
#（& *）=
% & *
! .&（*）(,) &（/）$+&0 /!
(11)
离散输出矩阵。假设 '" 与 *" 是均值为零
的高斯白噪声，同时，'" 和 *" 的协方差
矩阵 +、,、- 满足下式：
.
'/
*/
1
02
+,
1
32
$
1
,
/2 (2) -
式中 . 为数学期望，/2 表示克罗内 克 算 子 （当 / $2 时 ,/2=1， 当 / $2 时 , /2=0），/ 和 2 是任意两个时间点。
中图分类号：U448.21+6 文献标志码：A 文章编号：1007-7359（2020）03-0096-03 DOI：10.16330/ki.1007-7359.2020.03.045
1 引言
随着土木工程技术的快速发展，桥
. A梁l建l设R事i业g取ht得s了长R足es的e进r步ve，d但.随之
环境激励下钢板组合梁桥模态参数识别
李超 1，王佐才 1、2，李德安 1
（1.合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽 合肥 230000； 2.土木工程防灾减灾安徽省工程技术研究中心，安徽 合肥 230000）
安徽建筑
作者简介： 李超（1994-），男，河南信阳人，就读于合肥工 业大学防灾减灾及防护工程专业，硕士。专业 方向：防灾减灾及防护工程。
环境激励下桥梁结构模态参数识别FFT方法的贝叶斯修正
采用 Ｆ Ｆ Ｔ变 换 对 桥 梁 的 自振频 率 进 行 分 析 ，
本 次加 速 度 数 据采 集 布 设 如 图 ２所示 。 所采
集 的加 速 度 为桥 梁 在 环 境 激励 作 用 下 的加 速 度 响
★广州市科技计划项 目，项 目编号 ：２ ０ １ ３ Ｙ ２ — ０ ０ ０ ３ ６
计方法 ，给 出 模 态参数的最佳估计值 ，为桥梁竣工验收提供参考依据。
关键 词 ：环境振 动 ；模 态识 别 ；贝叶斯修 正
Ｂａ ｙ ｅ ｓ ｉ ａ ｎ Ｍｏ ｄ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗｉ ｔ ｈ Ｆ Ｆ Ｔ Ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｕｓ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ Ｍｏ ｄ ａ ｌ Ｐａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ Ｉ ｄ ｅ ｎ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ
ｏ ｒ ｙ ． ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｏ ｆ Ｆ Ｆ ｖ ｒ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｉ ｓ ｍｏ ｄ ｉ ｉ ｆ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｅ ｂ ｅ ｓ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｍａ ｔ ｅ ｏ ｆ ｍｏ ｄ ａ ｌ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｉ ｓ ａ ｓ ｓ ｅ ｓ ｓ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ｍａ ｘ ｉ ｍｕ ｍ ｌ ｉ ｋ ｅ ｌ ｉ — ｈ ｏ ｏ ｄ ｅ ｓ ｔ ｉ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ． Ｉ ｔ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｓ ａ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｅ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ａ ｃ ｃ ｅ ｐ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｂ ｒ ｉ ｄ ｇ ｅ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ： ａ ｍｂ ｉ ｅ ｎ ｔ ｅ ｘ ｃ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ； ｍｏ ｄ ａ ｌ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｉ ｄ ｅ ｎ ｔ ｉ ｉ ｆ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ； ｍｏ ｄ ｉ ｉ ｆ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｂ ａ ｙ ｅ ｓ ｉ ａ ｎ
环境激励下钢筋混凝土拱桥模态参数识别
ｓｂｐｃ ｅ ｔ ｃｔ ｎａｄｔｅＥ — Ｄ ｅ ｏ ａｅ ｎｅ ｉｃ ｏ ｅｄｃｍｐｓ ｉ Ｅ ｕ ｓａｅｉ ｎｉ ａ ｏ ｎ ＭＤ Ｒ Ｔｍ ｔ ｄｂ ｓｄｏ ｍｐｒ ａ ｍ ｄ ｅｏ ｏｉｏ ｄ ｆ ｉ ｉ ｈ ｈ ｉｌ ｔ ｎ（ ＭＤ）ａｄ ｎ ｒ ｄｍ ｄ ｃｅ ｅ ｔｅｈ ｉ ｅ（ Ｄ ， ｅｐ ｃ ｖｌ．Ｔ ｅｃｍ ａ ｓｎ ｅ ｅｎ ｔ ｓｌ ｅ ｆ ｍ ｔｅ ａ ｏ ｅｒｍ ｎ ｃｎｑ ｎ ｔ ｕ Ｒ Ｔ） ｒｓｅｔ ｅ ｉ ｙ ｈ ｏ ｐ ｒ ｏ ｓｂｔ ｅ ｅｒ ｕｔ ｇｔ ｒ ｉ ｗ ｈ ｅ ｓ ｏ ｈ
法——识别其模态参数 ； 比较 了３种模 态参数识别方 法的特点 和识别结果 ， 并与有限元法计算结果进 行 了比较．
研究结果表 Βιβλιοθήκη ： 峰值 拾取 法的识别 速度 快 ， 识别 的频率较 可靠 ， 但识别 过程需 要较多人 工干预 ； 随机 子空间识别 的理论体 系完备 ， 适合程 序实现 ， 识别过程能较好地抵消测试过程 中噪声等 的影 响 ； 由于模 态混叠 的影响 ， ＭＤ Ｅ ．
Ａｂｓｒ ｔ Ａｎ ａ ｉｎ ｉ ａｉ ｎ ｔｓ ｓ ｃ ｎ ｕ ｔ ｄ ｏ ｅ ｎ ｒ ｅ ｏ ｃ ｅ ｅ ａ ｃ ｒｄｇ ｏ ｃ ｒｅ ｔ ｔ ａｃ ： ｍｂ ｅ ｔｖｂｒ ｔ ｅ ｔｗａ ｏ ｄ ｃｅ ｎ ａ ｒ ｉ ｆ ｃ ｄ ｃ ｎ ｒ ｔ ｒ ｈ ｂ ｏ ｏ ｉ ｅ ｔ ｏ ｒ ｃｌ ｙ ｃ ｏ ｓ ｍｏ ｌ ｐ ｒ ｍｅ ｅ ｉ ｅ ｔｆｃ ｔ ｎ ｍｅ ｈ ｄ． Ｍｏ ａ ｒ ｍｅ ｅ ｓ ｈ ｏｅ ａ ｄａ ａ ａ ｔｒ ｄ ｎ ｉ ａ ｉ ｔ ｏ ｉ ｏ ｄ ｌ ｐａ ａ ｔｒ ｗｅ ｅ ｄ ｎ ｉ ｅ ｉ ｇ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｒ ｉ ｅ ｔｆ ｄ ｕｓｎ ｑ ｅ ｃ ｉ ｒ ｄ ｍａｎ，ｔｍｅ ｄ ｍａ ｎ ａ ｉ — ｅ ｕｅ ｃ ｎ ｌ ｓｓｍｅ ｈ ｄｓ ｏ ｉ ｉ ｏ ｉ ｎｄ ｔｍｅ ｆ ｑ ｎ ｙ ａ ａｙ ｉ ｔ ｏ ．Ｔｈ ｙ ａ ｅ ｔ ｅ ｐ ａ — ｉ ｋ ｎ ｒ ｅ ｒ ｈ ｅ ｋ ｐ ｃ ｉ ｇ，ｔ ｅ ｓｏ ｈ ｓｉ ｈ ｔｃ ａ ｔ ｃ
基于环境激励的模态参数识别方法比较研究
4/3210212长春工程学院学报(自然科学版)2009年第10卷第2期J.Changchun I nst .Tech .(Nat .Sci .Edi .),2009,Vol .10,No .2I SS N 100928984CN 2221323/N基于环境激励的模态参数识别方法比较研究收稿日期:2009-03-09作者简介:常虹(1973-),女(汉),吉林德惠,在读博士主要研究工程结构的参数识别。
常 虹1,2,窦立军3,殷 琨1(1.吉林大学建设工程学院,长春130026;2.吉林建筑工程学院,长春130021;3.长春工程学院土木工程学院,长春130012)摘 要:针对环境激励下模态参数识别方法的发展进行了综述,对目前常用的几种识别方法的原理和特点进行了阐述,并指出其各自的适用条件及待解决的问题。
关键词:环境激励;模态;参数识别中图分类号:T U311.3文献标识码:A 文章编号:100928984(2009)022*******0 引言模态参数(模态频率、模态阻尼、模态振型等)辨别是系统辨别的一部分,通过模态参数的辨别可以了解系统或结构的动力学特性,这些动力特性可以作为结构有限元模型修正、故障诊断、结构实时监测的评定标准和基础。
传统的参数识别是基于实验室条件下的频率响应函数进行的参数识别方法,它要求同时测得结构上的激励和响应信号,但在许多工程实际中,工程条件和实验室差别较大,对一些大型工程结构无法施加激励或施加激励费用很昂贵。
近年来,利用环境激励(Ambient excitati on )引起的输出对结构物进行模态参数识别已大量应用于土木工程结构的系统辨别。
这主要是因为“环境激励”具有无需激励设备,不打断结构的正常使用;试验简便,所需人力少,不受结构形状和大小的限制,试验费用低;安全性好,不会对结构产生局部损伤等优点。
1 环境激励下结构工作模态研究的发展对于环境激励下的大型工程结构模态参数识别,国外的研究可以追溯到20世纪60年代,1969年Akai Ke H.首次利用自回归滑动平均模型进行白噪声激励下的结构模态参数识别。
基于环境激励的混凝土梁式结构模态参数识别
模态参数识别技术 ， 是结构设计和结构健康监测的基础和必要手段． 该技术属于系统辨识问题 ， 综合 了
结构动力学 、 信号处理、 测试技术及数理统计等技术 ， 近年来取得 了显 著进展 ， 日益成为国内外学术界和 并 工程界 的研究热点【 Ｊ基于环境激励的振动响应模态分析 ， １ ． 对结构长期监测和结构健康状态评估等方面具
基 于 环 境 激 励 的混 凝 土 梁式 结构 模 态 参 数 识 别 球
姜 浩 乔 丽２
（： １ 吉林建筑工程学 院研究 生处 ， 长春 １０ １ ； ： ３ １ ８ ２ 吉林 省城乡规ｊ 设 计研究 院 ， 长春 １０ ６ ） ３０ １
摘要： 本文针对时域方 法只 需实 测响 应信 号 的特 点， 基于 环境 激励 下模 态参 数识 别 的时域 方法 自然 激励 技术 对 （ ＥＴ 、 Ｎ Ｘ ） 特征 系统实现算法（ Ｒ 进行 详细讨论 ， Ｅ Ａ） 并针对 两种算 法的特 点 ， 其结合形成 Ｎ ｘ Ｅ Ａ 时域 联合算 将 Ｅ Ｔ／ Ｒ
ｒ ｔ ａ ｉ ｉ ｃ ｎ ｅ ａ ｄ ｐ ａ ｔ ａ ｎ ｉ ｅ ｒ ｇ ｖ ｌ ｅ ｅｉ ｌｓｇ ｆ ａ ｃ ｎ ｒ ｃｉ ｌ ｅ ｇｎ ｅ ｎ ａ ｕ ． ｃ ｎ ｉ ｃ ｉ Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｄ ｌｐ ａ ｔｒｉ ｅ ｔ ｃ ｔ ｎ ｍｂ ｅ ｔ ｘ ｉ ｔ ｎ Ｎ Ｘ ； ｃ ｎ ｒｔ ｅ ｍ；ｎ ｍｅ ｃ ｌｓ ｌｔ ｎ ｙ ｒ ｓ ｍｏ ａ ａ ｍｅｅ ｄ ｎ ｉ ａｉ ；ａ ｉ ｎ ｃｔ ｉ ； Ｅ Ｔ ｏ ｃ ｅｅ ｂ ａ ｒ ｉ ｆ ｏ ｅ ａｏ ｕ ｒ ａ ｉ ａｉ ｉ ｍｕ ｏ
（ ： ｒｄ ａｅＤｐ ｒ ｅ ｔ ｎＩｓ ｕ ｆＡｃｉｃ ｒ ａｄＣｖ ｎｉ ｅｉ Ｃ ａ ｇｈ ｎ Ｃ ｉａ １０ １ １Ｇａ ｕ ｔ ｅａｔ ｎ 朋ｉ ｔ ￣ｏ ｒｈ ｅ ｕｅ ｎ ｉｌ ｇｎ ｒ ｇ， ｈ ｎｃｕ ， ｈｎ ３ １８； ｍ ｎｈ ｔｔ ｉＥ ｅ ｎ
桥梁结构模态参数识别的环境激励法
境振动响应来对 系统进行识别的方法 ， 一种是较为简单 的频 域识 别 的峰值法 ， 此方法有些理论上 的不 足 ， 但却非常实用 、 简单和快
捷； 另一种是较先进的 时域识别 的随机 子空 间法 ， 较费时但 识别 精度较高 ， 以用于弥补第 一种 方法 的不足 。 可
维普资讯
第３ ３卷 第 １ ９期
・
３８ ・ ３
筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥ（ ＵＲＥ
Ｖｌ． ３ Ｎｏ １ ０ ３ ．９ １
Ｊ１ ２ ０ ｕ． ０ ７
文 章 编 号 ：０ ９６ ２ （０ ７ —３８０ １０ ．８ ５ ２０ ９０ ３—２ Ｊ １
文中讨论桥梁结构环境激励方法下 的模态参数识 别 ， 如峰值 ２ 实例分析 法（ Ｐ 和时域识别 的随机子空间法 （ｓ ） Ｐ） ｓ ｉ。并通过实例分析与有 宰格大桥位 于贵州省三板溪水 电站 库区展锦 线复建公路上 ， 限元法 、 典型波形识别法（ 衰减波形和“ 振等） 拍” 进行 了分析比较 。 为大跨度混凝土拱桥 ， 主拱圈 为等截 面钢筋 混凝土箱 形拱 ， Ｌ ＝
Ｄ ：１３ ７ ＇ ／ ．４ 。
测试断面为拱肋 １４ ３ ８ 拱顶 ５ ８以及 ３ ４处 ， ／ ，／ ， ／ ／ 测试 断面 的
结构 的脉动具有一 重要 特性 ， 就是 它明显 地反 映 结构 的 固有频 桥 面上游一侧布置竖 向传感器和横 向传感器 ， 该桥 动载试 验包括 通 记 率。因为结构的脉 动是 由外界不规则 干扰所 引起的 ， 以它具有 脉动试验 和车桥振动 试验 两大部分 ， 过实 验 ， 录波形时程 曲 所 不同激振方式下不同模态识别方法的模态结果见表 １ 和图 １ 。 各种各样 的频率成分 ， 而结构的固有 频率 的谐量是 脉动的主要成 线 ， 分。脉动 实验时 ， 当两个振 幅近似相 同， 频率 相差很少 的简谐波
环境激励下湘潭莲城大桥模态参数识别研究
个加速度传感器 ， 桥面 ９ 、 个 主拱 圈 ６ （ 图 ２ ， 个 见 ）其
中测点 ９ 和测 点 ｌ 用 以判断振型的对称性 和反对称 ５ 性． 应用江苏东华测试仪器有 限公司生产 的 Ｄ ５ ３ Ｈ ９８ 采集环境激励和车辆激励作用下结 构的加速 度响应
动、 车辆 冲击 、 海浪及水 流等 自然环境激励很 难准确 测量圆 因此 ， ， 在环境激励 下识别模态参数一般只能利
九 ∑ ∑ 堕 （ 堕 ）
！ ！！ 三 ！ ： ＝
口 Ｉ ｒＩ ： ＝ －
（） ２
∑ 盟 （ 衄 ）
Ｃ
Ｃ Βιβλιοθήκη （） ７ ｓ ｓ
鱼
ｐｉ
其 中 为 ， ） 的互功率谱平均值， 为（） 自 （ 与 （） 的
．
式 （ ）式 （ ） 所 有 的频率 值 成 立 ， ４ 、 ５对 而式 （ ） ７ 只是 在若
用结构的响应信号． 从系统识别的角度来说 ， 就是输入 未知 ， 仅利用输出来识别系统［ 环境激励下桥梁结构 ３ １ ．
信号 ， 采样频率为 １０ ｚ ０ ． Ｈ
嚣 掣｜｜
一
的模态参数识别作为桥梁健康监钡 的重要环节 ， ０ 已越 来越受到人们的重视 网 ．目前常用的环境激励下结构 模态参数识别方法主要有峰值拾取法 、 频域分解法 、 时 间序列法 、 随机减量法、 Ｅ Ｔ 、 Ｎ Ｘ 法 随机子空间法等昀本 ． 文从 环境 激励下湘潭莲城大桥 振动的加速度测试 信 号 中提取高信 噪 比的虚拟 响应信号 ， 基于虚拟响应信
为 常数 ｃ ． 佣
（ ：皇 ２
‘ ’
—
！
Ｓ， ） 历 （
， ＼～ Ｉ ｒ
二： ！
基于随机子空间辨识的环境激励模态参数识别
基于随机子空间辨识的环境激励模态参数识别随着环境激励模态参数识别方法的研究不断深入，基于随机子空间辨识的方法在该领域中得到了广泛应用。
本文旨在探讨的原理和应用。
环境激励模态参数识别是一种重要的结构健康监测技术，它可以通过分析结构在不同环境激励下的响应来获得结构的模态参数，从而实现结构的健康状态监测和故障诊断。
传统的模态参数识别方法通常基于频域分析或时域分析，但这些方法在处理非线性和随机激励下存在一定的局限性。
而基于随机子空间辨识的方法则可以克服这些限制。
基于随机子空间辨识的方法将结构的响应数据转化为子空间信号，并通过对子空间信号的分析来获得结构的模态参数。
该方法主要包括三个步骤：信号采集、数据预处理和模态参数识别。
在信号采集阶段，使用传感器对结构的响应进行采集，并将采集到的数据进行预处理，包括去噪和滤波等操作。
然后，通过对预处理后的数据进行随机子空间分解，得到结构的子空间信号。
最后，通过对子空间信号进行模态参数识别，可以得到结构的固有频率、阻尼比和模态形态等参数。
基于随机子空间辨识的方法具有以下优点：首先，该方法可以处理非线性和随机激励下的结构响应。
其次，该方法对信号采集设备和传感器的要求相对较低，能够适应不同类型的结构。
此外，该方法还可以通过对子空间信号的分析来获得结构的局部损伤信息，实现结构的故障诊断。
基于随机子空间辨识的环境激励模态参数识别方法在结构健康监测和故障诊断领域具有重要的应用价值。
通过对结构的模态参数进行识别，可以实现结构的健康状态监测和故障诊断，为结构的安全运行提供有效的支持。
未来，基于随机子空间辨识的方法还可以结合机器学习和人工智能等技术，进一步提高结构的健康监测和故障诊断的准确性和效率。
环境激励下大型桥梁模态参数识别的一种方法
环境激励下大型桥梁模态参数识别的一种方法秦世强;蒲黔辉;施洲【摘要】A method to identify modal parameters of a large-scale bridge using structure ambient vibration responses was proposed. The method was based on bandwidth-restricted empirical mode decomposition (BREMD) and stochastic subspace identification ( SSI). Firstly, several intrinsic mode functions ( IMFs) only representing one frequency component respectively were obtained with EMD, then SSI was used to identify modal parameters. For the modal features of lower natural frequencies and being closely spaced of a large-scale bridge, a masking signal was introduced to restrict the EMD bandwidth to eliminate mode mixing. The method was used to identify modal parameters of a large bridge of Gan-Long rail, and the results were compared with those of the peak-picking method, SSI and finite element analysis, they showed that the proposed method can effectively identify large-scale bridge modal parameters, the induction of masking signal solves the problem of mode mixing in EMD, and the false modes in stabilization diagram are suppressed.%提出一种依据环境激励下结构振动响应的大型桥梁模态参数识别方法,该方法以限制带宽的经验模态分解(BREMD)和随机子空间识别(SSI)为基础,首先利用EMD将环境振动响应分解成一系列只含结构某一阶固有模态的本征模态函数(IMF),然后利用SSI识别桥梁模态参数.针对大型桥梁自振频率低、模态密集的特点,引入屏蔽信号限制EMD过程中带宽以消除模态混叠;运用该法识别了赣龙铁路某特大桥的模态参数,并将其与峰值拾取法、SSI识别结果以及理论计算值进行对比,结果表明:该方法能有效的识别大型桥梁模态参数,屏蔽信号的引入解决了模态混叠问题,稳定图中的虚假模态得到抑制.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2012(031)002【总页数】6页(P95-100)【关键词】关键词:桥梁;限制带宽经验模态分解(BREMD);随机子空间识别(SSI);屏蔽信号;环境激励;模态参数识别;模态混叠【作者】秦世强;蒲黔辉;施洲【作者单位】西南交通大学土木工程学院,成都610031;西南交通大学土木工程学院,成都610031;西南交通大学土木工程学院,成都610031【正文语种】中文【中图分类】U441;TU317模态参数识别是桥梁健康监测的重要组成部分，准确的识别模态参数，是进行有限元模型修正、结构损伤识别以及性能评定的前提。
基于环境激励和子空间技术的自锚式悬索桥结构模态参数识别
基于环境激励和子空间技术的自锚式悬索桥结构模态参数识别王甜;祝志文【摘要】结构模态参数的准确获取是自锚式悬索桥静力计算、抗风和抗震分析的重要基础.借助振动测试设备,在自锚式悬索桥加劲钢箱梁内记录了加劲梁多个测量点在环境激励下的振动响应时程,采用基于参考点的随机子空间技术开展了模态参数识别,获得了主跨350 m自锚式悬索桥的振动频率、振型和阻尼参数.试验结果与有限元分析对比表明,子空间识别技术能获得实际桥梁振动模态,而有限元分析存在明显不足,需要基于试验结果开展有限元模型修正.【期刊名称】《公路工程》【年(卷),期】2015(040)004【总页数】6页(P14-18,27)【关键词】自锚式悬索桥;模态参数;随机子空间识别;现场试验【作者】王甜;祝志文【作者单位】湖南省交通规划勘察设计院,湖南长沙410008;湖南大学土木工程学院,湖南长沙410082【正文语种】中文【中图分类】U448.251 概述自锚式悬索桥具有传统地锚式悬索桥优美的主缆悬链线型、刚劲挺拔的桥塔，通过将主缆锚固在加劲梁上，可避免地锚式悬索桥庞大的锚碇建造要求，既节省了锚碇建造费用、也改变了庞大锚碇对悬索桥立面美学效果的影响［1，2］。
且自锚式悬索桥适合桥位地质条件不好、持力层埋置深度大、跨度需求在300 m左右的情况。
近10 a来，国内建造了大量自锚式悬索桥。
然而，自锚式悬索桥结构受力复杂。
由于主缆锚固在加劲梁上，使得加劲梁承受很大的轴向压力，可能导致与地锚式悬索桥明显不同的结构稳定性和动力荷载作用下的响应。
因此，准确获得自锚式悬索桥的动力特性是其静力分析、抗风和抗震分析的重要基础，也是评估桥梁结构分析有限元模型正确性的重要依据。
获取桥梁结构动力特性的途径主要是有限元动力特性分析和桥址现场振动试验。
采用有限元分析获得桥梁结构动力特性，有限元结构模型常常是按照设计图纸建立，实际施工可能造成与设计存在差别，且结构分析部分假定和理想条件的存在，如材料特性、支承和约束条件等，会造成模型分析结果不同于实桥情况，特别是支座合理模拟的难度较大，有可能导致模态参数产生较大的差别，且无法获得模态阻尼，因而存在较大的局限性，一般仅用于桥梁设计阶段。
基于环境激励的模态参数辨识方法综述_续秀忠
振 动 与 冲 击第21卷第3期J OURNA L OF VIBR ATION AND SHOCK Vol.21No.32002 基于环境激励的模态参数辨识方法综述续秀忠1 华宏星2 陈兆能1(1.上海交通大学机械工程学院;2.上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室,上海 200030)摘 要 本文首先对环境激励下模态识别方法进行了综述,对目前的几种识别方法的原理、识别精度及适用条件进行了论述,并比较了这些方法各自的特点,参照国内外最新文献,提出环境激励下模态参数识别方法需解决的关键问题及研究发展方向。
关键词:环境激励,模态识别,平稳随机激励,非平稳随机激励中图分类号:TH113.10 引 言传统的模态识别方法是基于实验室条件下的频率响应函数进行的参数识别方法,它要求同时测得结构上的激励和响应信号。
但是,在许多工程实际应用中,工作条件和实验室条件相差很大,对一些大型结构无法施加激励或施加激励费用很昂贵,因此要求识别结构在工作条件下的模态参数。
工作模态参数识别方法与传统模态参数识别方法相比有如下特点:一、仅根据结构在环境激励下的响应数据来识别结构的模态参数,无需对结构施加激励,激励是未知的,如无需对大桥、海洋结构、高层建筑等大型结构进行激励,仅需直接测取结构在风力、交通等环境激励下的响应数据就可以识别出结构的模态参数。
该方法识别的模态参数符合实际工况及边界条件,能真实地反映结构在工作状态下的动力学特性,如高速旋转的设备在高速旋转的工况和静态时结构的模态参数有很大差别。
二、该种识别方法不施加人工激励完全靠环境激励,节省了人工和设备费用,也避免了对结构可能产生的损伤问题。
三、利用环境激励的实时响应数据识别结构参数,能够识别由于环境激励引起的模态参数变化。
尽管传统的模态参数方法已在许多领域得到了广泛应用,但近年来,环境激励下模态参数识别方法得到了航天、航空、汽车及建筑领域的研究人员的极大关注,如美国SADIA国家实验室的JAMES和CARNE在1995年提出NE xT方法,并将该方法用于高速汽轮机叶片在工作状态下固有频率和阻尼比的识别。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
递 率 等来识 别系统 的模态参 数 ［ 。 ２ ］ 利用 功 率谱法识 别环境 激励 的桥梁 结构模 态参
数 ， 于三点假 定 ： 基 ］
ｚ０ ）一 ＞： ） （ ｏ ｈ （ ）
（） ３
根 据假 定 ２ 激励 力 信号 为平 直谱 信号 ， 的功 ， 它
刘 宗政 ， 陈 恳 郭 隆德 陈振 华 ， 陈 雁 ， ，
（清 华 大学 精 密 仪 器 与 机 械 学 系
摘要
பைடு நூலகம்
北 京 ， ０ ０ ４ 国空 气 动 力 研 究 与 发 展 中 心 １ ０ ８ ）（中
绵 阳 ，６ １０ ） ２ ００
介 绍 了 获 取 桥 梁 模 态 参 数 的 试 验 手 段 ， 述 了 环 境 激 励 的桥 梁 模 态 参 数 的 识 别 方 法 ， 阐 通过 移 动 测 量 方 法 测
试 了基 于 环 境 激 励 的 某 桥 梁 ， 采 用 自功 率谱 、 功 率 谱 和 相 干 函数 分析 ， 别 了 桥 梁 振 动 的前 ３ 振 动 频 率 、 尼 并 互 识 阶 阻 比 和振 型 。结 果 表 明 ， 验 得 到 的 桥 梁模 态 参 数 与设 计 参 数 基 本 相 同 ， 梁 性 能 良好 。 试 桥
（ ）＝ 厂 ） Ｃ。 叫 （ 一 （） ４
Ｘ 一厂 ∑ｈ（） ｃ 一 ｉ ） （） 一Ｃ∑ｈ（） （ ｃ ，
一
１
ｌ ｌ ＝
Ｊ
Ⅳ
ｒ
（ ｊ
一
式 （） 写成 ２可
） ｊ 一 ）∑ … （ ｌ ｒ＝
（ １ １） …
由式 （ １ 可 知 ， 总 传 递 函数 的 极点 数 值 与 响 １） 集
收稿 日期 ：０ ８１—５ 修 改 稿 收 到 日期 ：０ ９０ —０ ２ ０—２１ ； ２ ０—３ １
第３ 期
刘 宗 政 ， ： 于 环 境 激 励 的桥 梁 模 态 参 数识 别 等 基
３１ Ｏ
率谱 密度 函数 在覆 盖结构 全部 模态 的频 率范 围 内为 近似 的均匀分 布 ， 结构 各点 的激励 力满 足嘲 则
其 中 ： 为模 态 阶数 ； ， 第 ｒ阶 模态 的振 型 在 ｉ Ｎ 磊为 点
处 的振 型矢 量 ； 为第ｒ阶模态 的振 型在忌点处 的振 ， 型矢量 ； 和 为结 构的一对 共轭特 征值 。
该 桥梁 的振 动频率 、 阻尼 比和振 型 。
由式 （ ） 知 ， 响函数包含 了结构 的所有模 态 １可 频 信息 。在结 构 的响应可 测 、 激励 不可测 的情况下 ， 假 想结 构 上某 一参 考 点 的响应 为输 入 （ 励 ） 其他 测 激 ，
输 出响应 ， 以获取结 构 的频 率 响应 函数 。 于大型桥 对
析和参 数识 别都 是建立 在实模态 的基础 上 ； （ ）激 励信 号为 平直谱 信号 。环境 激励 形成 的 ２ 地面 脉 动可 以近 似 看成 平稳 的 白噪声 ， 其功 率谱 是
平直的；
（ ）结 构 的模 态 不密集 且 阻尼 比较小 。对 于大 ３
型桥梁 结构 ， 模态 稀疏且 阻尼较 小 。 根 据假 定 １ 对 于一个 实模 态 系统 ， ， 由激 励 和响 应 之 间的关 系 ， 响 函数 为［ 频 ３
）一 一 ＝
梁结构， 由于 其 结构 尺 寸大 ， 型复 杂 ， 造 自振 频 率较 低， 给桥梁施 加足够 大能量 的激励 很 困难［ 。 １ ］
点 的响应 与 此点 响应 有 某种 线 性相关 性 ， 立起 响 建 应 点 与参考 点之 间 的传 递 函数来 进行 系统识别 。在
１ 环境 激 励 的桥 梁模 态 参 数 识 别方 法
１ １ 功 率 谱 分 析 法 ．
结构上 取一 固定 参考点 Ｐ， 则传递率 为Ⅲ 对 环境 激励 的桥梁 ， 在激励 未知 的情况 下 ， 功率 谱法是 基于 输入信 号和结 构本 身的一 系列理 想化 的
第３ 第 ３ Ｏ卷 期
２１ ０ ０年 ６月
振 动 、 试 与 诊 断 测
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＶｉｒ ｔ ｎ， ｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ＆ Ｄｉｇ ｏ ｉ ｏ ｒ ａ ｂ ａ ｉ Ｍ ａ ｕ ｅ ｎ ｏ ｏ ａ ｎ ｓｓ
Ｖ ｏ ．３ ｏ． １ ０Ｎ ３
Ｊ ｎ．２ １ ｕ ００
基 于 环境 激 励 的桥 梁 模 态参 数 识 别
假定 ， 利用 结 构 的响应 点 输 出 的 自功率 谱 以及 与参 考 点 输 出之 间 的互 功率 谱 幅值 、 位 、 相 相干 函数 、 传
（ ）一 ｆ ／ ｐ ） （ ｚ（ ） （） ２
对 于结构 上任 意一点 ｉ 的动态 位移 响应 （ ， ） 可 以用 Ｋ 点 的激 励力 （ 和结构 系统 的传递 函数 ）
关键 词
环 境 激 励 桥 梁
模态
功率 谱
中 图分 类 号
４６ ０３ ７ Ｕ ４ ２
（ ）结 构 为实模 态系统 。实 际工程 中的模态 分 １
引 言
获取桥 梁 的结 构模态 参数对 桥梁 的抗震 、 抗风 、 健 康监 测及 损伤诊 断等研究 具有 重要作 用 。桥梁结 构 的模 态参 数主要 为振动 频率 、 阻尼 比和振 型 。 常 通 获取桥 梁结 构模态 参数 的方法是 在桥 梁上进 行模态 试 验 。传统 的试验 方法一 般通过 测试 结构输 入力 和
环 境 激 励 是 一 种 直 接 利 用 自然 环境 激 励 的方
垒 ：
（∞一 ） ｊ ｊ （∞一 ）
ｎ、
式 ， 需要 贵 重 的激 励设 备 ， 中断 结构 的 正 常使 不 不
用， 根据 系统 的响应 就可 以进行模 态参 数识别 。 文 本 基 于环 境激 励 ， 测试 了北京 市延 庆县军 都 山渡槽桥 ， 对 结 构 的动 态 响应信 号 进行 模 态参 数识 别 ， 到 了 得
ｚ叫 一厂 ） ｈ（） （ ） （ ∑ 山 ＝Ｃ∑ｈ（） ５ （ ）