強-臺風下大跨斜拉橋非平穩(wěn)抖振實測及模態(tài)參數識別研究.pdf

1、由于跨越能力強、造型美觀等優(yōu)點，斜拉橋在世界范圍內得到了廣泛應用。隨著斜拉橋跨度的不斷增大，結構剛度將逐漸減小，對風荷載的敏感度隨之增加。強/臺風作用下大跨度橋梁抖振響應及橋址區(qū)風場特性現場實測研究具有重要的理論和實際意義，可用于檢驗現有橋梁抖振響應計算理論、確定橋梁抖振計算中的關鍵影響因素等。已有部分實測研究表明，強/臺風氣候條件下的風速具有較為明顯的非平穩(wěn)特征，與傳統(tǒng)橋梁風工程中常用的平穩(wěn)隨機風速假設存在差別。同時，在非平穩(wěn)風荷載的

2、作用下，大跨斜拉橋的結構動力響應也會表現出非平穩(wěn)特性。然而，強/臺風的非平穩(wěn)風特性及大跨斜拉橋非平穩(wěn)抖振響應實測研究相對較少。本文以2008年建成通車時的世界第一大跨度斜拉橋----蘇通大橋為工程背景，基于大橋結構健康監(jiān)測系統(tǒng)(SHMS)采集的風特性及結構響應數據，采用小波變換(WT)、希爾伯特黃變換（HHT）、概率統(tǒng)計等方法進行了強/臺風下橋址區(qū)非平穩(wěn)風特性、大跨斜拉橋非平穩(wěn)抖振實測響應、模態(tài)參數識別及其演變規(guī)律等方面的研究。

3、　　本研究主要內容包括：⑴強/臺風期間橋址區(qū)風速和結構抖振響應的平穩(wěn)性檢驗?；趶?臺風期間該橋SHMS的實測數據，采用游程檢驗法分析了橋址區(qū)風速及結構抖振響應的平穩(wěn)性，研究表明實測風速及抖振響應均具有一定的非平穩(wěn)特征，有必要開展強/臺風期間橋址區(qū)風速和結構抖振響應的非平穩(wěn)特性研究。⑵強/臺風期間基于現場實測的平穩(wěn)風速模型和非平穩(wěn)風速模型對比研究。以臺風“達維”、“?？奔岸緩姳憋L期間橋址區(qū)實測風速數據為研究對象，基于平穩(wěn)風速模型和非

4、平穩(wěn)風速模型分別求解了平均風速、紊流強度、陣風因子、紊流風速功率譜密度等風特性參數，并對兩種計算結果進行了對比研究，結果表明，由于時變趨勢項的引入，非平穩(wěn)風速模型可更好地表征實測強/臺風風特性。⑶強/臺風期間橋址區(qū)脈動風速和結構加速度響應的非平穩(wěn)性分析。采用基于小波變換的演變功率譜密度(EPSD)估計方法，分析了強/臺風期間橋址區(qū)脈動風速和結構加速度響應的非平穩(wěn)特性，并將EPSD均值與傳統(tǒng)基于傅里葉變換的功率譜值進行對比，驗證了EPSD

5、估計的可靠性。所得EPSD直觀地展示了實測脈動風速和結構振動加速度能量的時頻分布。結果表明，脈動風能量在時域和頻域內的變化均較明顯;主梁的振動能量也有明顯的時變特征，但其能量主要集中在幾個特定的頻帶內。⑷臺風期間大跨度斜拉橋抖振響應全過程實測研究。利用SHMS在臺風“達維”、“海葵”期間測得的橋址區(qū)風速和結構振動加速度響應，采用時頻分析和統(tǒng)計方法，研究了大橋主梁、斜拉索和主塔等關鍵構件振動加速度響應的相關特性，包括加速度響應RMS與風速

6、之間的關系和加速度響應的頻譜特性。其中，采用峰值法識別了大橋主要模態(tài)的自振頻率，并將其與有限元計算結果進行對比。研究結果表明該橋SHMS實測數據真實可靠，并可為修正現有抖振計算理論提供實測參考。⑸臺風期間大跨度斜拉橋模態(tài)參數及其演變規(guī)律研究。以臺風“達維”和“?？逼陂g大橋主梁跨中截面實測加速度響應為分析對象，分別采用希爾伯特黃變換和小波變換對該橋模態(tài)參數進行了識別，并探討了風速對大橋模態(tài)參數的影響。研究結果可為該橋有限元模型修正及強/