基于SHMS的大跨度懸索橋模態(tài)參數(shù)識別及有限元模型修正.pdf

1、橋梁結構的模態(tài)參數(shù)識別和有限元模型修正均是大跨度橋梁結構健康監(jiān)測領域的主要研究熱點，準確識別結構模態(tài)參數(shù)、修正對應的有限元模型可為橋梁結構狀態(tài)評估、損傷識別及養(yǎng)護維修奠定基礎，為同類橋梁的合理設計、施工及養(yǎng)護等提供參考。本文以潤揚懸索橋為工程背景，緊緊圍繞大跨度懸索橋模態(tài)參數(shù)識別和有限元模型修正兩個熱點問題，利用該橋結構健康監(jiān)測系統(tǒng)(SHMS)實測的臺風期間風數(shù)據(jù)及結構振動數(shù)據(jù)，開展基于SHMS的大跨度懸索橋模態(tài)參數(shù)識別及有限元模型修正

2、研究。主要研究內容包括:
　　(1)潤揚懸索橋橋址區(qū)實測臺風非平穩(wěn)風特性分析。依托于該橋SHMS記錄的實測風速、風向數(shù)據(jù)，以“麥莎”和“韋帕”臺風為研究對象，分別基于平穩(wěn)和非平穩(wěn)風速模型得到了對應的平均風速、紊流強度、紊流積分尺度和紊流功率譜密度等風特性，并將兩種模型的計算結果進行對比。研究結果表明，臺風期間實測風速表現(xiàn)出明顯的非平穩(wěn)特性，此時非平穩(wěn)風速模型在刻畫風特性時具有更好的適用性。
　　(2)基于三類典型方法的大跨度

3、懸索橋模態(tài)參數(shù)識別對比研究。利用潤揚懸索橋SHMS采集的臺風期間的主梁振動數(shù)據(jù)，分別采用平均正則化功率譜方法(ANPSD)、隨機子空間法(SSI)和希爾伯特黃變換法(HHT)識別大橋主梁模態(tài)參數(shù)，并將識別結果進行對比分析，以評判三種方法對該橋進行模態(tài)參數(shù)識別的適用性。研究結果表明，臺風期間主梁實測加速度響應表現(xiàn)出明顯的非平穩(wěn)特性，HHT方法適用于非平穩(wěn)信號的處理，且就本案例而言，基于該方法識別的模態(tài)參數(shù)更為準確。因而，選用HHT方法作為

4、后續(xù)研究中模態(tài)參數(shù)識別的主要方法。
　　(3)大跨度懸索橋模態(tài)參數(shù)與監(jiān)測環(huán)境因素的關系模型研究。在已獲得臺風期間潤揚懸索橋主梁模態(tài)參數(shù)和相應風速、溫度的基礎上，利用非線性主成分分析(NLPCA)對其進行預處理，從而建立了環(huán)境主成分與模態(tài)參數(shù)間的人工神經網絡模型，并分析了實測模態(tài)參數(shù)與人工神經網絡擬合值之間殘差的分布模式，以驗證該人工神經網絡模型的準確性。最后，依據(jù)該人工神經網絡非線性預測模型，得到消除環(huán)境因素影響的模態(tài)參數(shù)。研究結

5、果為潤揚懸索橋有限元模型修正奠定了基礎。
　　(4)基于相關向量機-馬爾可夫鏈蒙特卡洛模擬(RVM-MCMC)方法的大跨度懸索橋有限元模型修正。在潤揚懸索橋初始有限元模型的基礎上，利用拉丁韶立方抽樣得到試驗樣本，并利用基于稀疏貝葉斯理論的相關向量機回歸算法得到該橋的動力響應面模型。結合大橋SHMS和現(xiàn)場實測得到的結構模態(tài)參數(shù)，基于MCMC方法對該橋初始有限元模型進行修正，通過模型修正前后計算與實測結果的對比，驗證了該模型修正方法的