橋梁氣動彈性模型模態(tài)參數(shù)及顫振導(dǎo)數(shù)識別方法研究.pdf

1、本文歸納總結(jié)了橋梁風(fēng)工程理論的發(fā)展歷程，介紹了橋梁風(fēng)洞試驗仍然是目前最有效、最可靠的一種大跨度橋梁抗風(fēng)研究的手段，而橋梁氣動彈性模型的模態(tài)試驗在風(fēng)洞試驗中有著承前繼后的作用。本文研究了適合風(fēng)洞試驗（只有輸出響應(yīng)數(shù)據(jù)無荷載輸入數(shù)據(jù)）的橋梁氣彈模型模態(tài)參數(shù)時域識別方法—Ibrahim時域(ITD)法、特征系統(tǒng)實現(xiàn)(ERA)法和隨機子空間(SSI)法。并進一步根據(jù)全橋氣動彈性模型的實測復(fù)模態(tài)參數(shù)對其主梁斷面的顫振導(dǎo)數(shù)識別做了可行性分析和深入的

2、研究。歸納本文的主要研究內(nèi)容和成果如下:
　　1.回顧了橋梁風(fēng)工程理論的發(fā)展歷程和風(fēng)洞試驗技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，說明了模態(tài)參數(shù)在橋梁抗風(fēng)中的重要性及簡單介紹了現(xiàn)有模態(tài)參數(shù)識別的主要方法。
　　2.對非接觸式3D位移測量儀從精度、工作原理和工作環(huán)境等方面做了全面的說明。研究了該儀器用于橋梁氣彈模型模態(tài)識別試驗的優(yōu)勢和操作要點。對該儀器測得數(shù)據(jù)的預(yù)處理方法進行了深入的研究，其中包括:數(shù)字濾波器的設(shè)計、非平穩(wěn)響應(yīng)的EMD分解重構(gòu)和隨機減

3、量技術(shù)的原理及減量效果。
　　3.重點研究了適合風(fēng)洞中風(fēng)環(huán)境的氣彈模型模態(tài)時域識別算法:ITD法、ERA法和SSI法。對三種算法進行改進使其計算效率和精度提高，并分別使用MATLAB(R)語言編程實現(xiàn)其模態(tài)參數(shù)的自動識別。利用簡單的數(shù)值仿真算例檢驗編程的正確性與算法的可靠性。對不同算法的性能進行了深入的研究，包括:抗噪能力、誤差分析、使用范圍和算法缺陷等方面。就阻尼識別結(jié)果的不穩(wěn)定性本文提出了使用穩(wěn)定和譜系聚類相結(jié)合的方法。

4、>　　4.以馬普托大橋全橋氣彈模型模態(tài)識別試驗為工程背景，詳細介紹了模態(tài)識別的步驟。使用模態(tài)識別算法(ITD、ERA和SSI)對其模態(tài)參數(shù)進行自動識別，得到了該橋氣彈模型的頻率、阻尼及振型系數(shù)的識別結(jié)果并與理論值對比分析。最后就全橋氣彈模型模態(tài)參數(shù)識別的誤差來源進行了分析。
　　5.重點研究了模態(tài)參數(shù)識別方法在全橋氣彈模型主梁斷面顫振導(dǎo)數(shù)識別方面的應(yīng)用，以理想平板斷面為例通過自由衰減響應(yīng)仿真分析和隨機風(fēng)荷載響應(yīng)仿真分析證明了:使用