混凝土重力坝振动参数识别研究_1

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1、从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果混凝土重力坝振动参数识别研究摘要：本文基于最优控制解的理论，建立了引入先验约束条件的混凝土重力坝动态参数识别模型，提出了求解该模型的约束变尺度方法。以某大坝空库情形为例，在振动观测数据不完全的条件下，对本文所提出的动态材料参数识别方法进行考察。识别结果表明，本文方法不仅具有较高的计算精度和良好的数值稳定性，并且具有一定的抑制数据噪音的能力。在只有一阶圆频率和几个固定点处有一阶

2、振型观测数据的情况下，可以可靠地识别出坝体混凝土和基础岩石的动弹性模量。从而为识别混凝土坝体和岩石基础弹性常数提供了一条新的有效途径。关键词：振动参数；参数识别；混凝土重力坝；约束变尺度方法1．引言坝体混凝土材料物性参数，是大坝安全监测和大坝抗震数值模拟中不可缺少的重要数据。它对于大坝安全可靠性评定以及维护和加固有着重要作用。近年来，采用反演方法来确定坝体宏观等效物性参数的方法受到人们的重视[1-4]。但是已有研究大多是利用坝体已有静态观测位移来确定坝体参数，而本文则从振动参数识别的角度，根据大坝模态观测数

3、据来识别坝体和岩石基础动弹性参数。目前，利用脉动法测量结构固有频率、阻尼和振型的技术日渐成熟[5]课题份量和难易程度要恰当，博士生能在二年内作出结果，硕士生能在一年内作出结果，特别是对实验条件等要有恰当的估计。从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果，很多砼重力坝曾经采用该方法进行了原型实验，测定了坝体的主频和布置在坝顶和基础上观测点的振幅值。充分利用这些宝贵的实测资料，根据这些抗震实验数据来识别坝体与基础的动弹性

4、常数，对坝体抗震特性分析有重要的实际应用和参考价值。但是，利用动力测试数据识别结构动态参数的研究较多[7-9]，但是在大坝中的应用研究还鲜有报道。大坝抗震实验数据是很有限的，利用有限的，甚至是不完全的动力测试信息识别结构参数仍然是结构参数识别的重要课题。基于固有频率和振型观测数据，考虑先验信息，本文建立适于一般结构振动参数识别的计算模型模型，并给出了约束变尺度方法求解该模型的计算步骤。实际算例利用某混凝土坝的第一阶固有频率和三个振型观测数据，识别混凝土坝体和岩石基础动弹性模量，结果说明采用本文求解方法，利用

5、有限抗震实验数据识别坝体和基础的动弹性模量是可行有效的。．振动参数识别模型的建立.1混凝土坝振动参数识别的一般理论结构－基础－库水体系的固有频率和固有振型，采用有限元法由特征方程决定(1)式中：是刚度阵；是结构质量阵；课题份量和难易程度要恰当，博士生能在二年内作出结果，硕士生能在一年内作出结果，特别是对实验条件等要有恰当的估计。从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果是计入库水与结构相互作用的水体附加质量阵；是阶特

6、征值；是对应于的特征向量；是结构－基础体系的总自由度数。基础假定为无质量的[10]。由于实际分析时总自由度较高，而只需要求出前几阶频率和相应的特征振型，本文采用以逆迭代为基础的“直接滤频法”求解特征方程(1)，该方法具有计算量小，精度高等优点。参数识别的目的是确定包含于中的待求变量，使得按照方程计算出的固有频率和固有振型与相应的测量值和分别一致。.振动参数识别的计算模型考虑到观测数据噪音的客观存在，这里采用最优控制解[11]的概念定义问题的解，即待求变量在满足方程前提下，应该能使固有频率和固有振型的计算值和

7、测量值在某种度量下偏差最小。这里取(2)式中：，分别是有观测信息的最高振型阶次、各个观测振型下的观测位移数目，下标为观测点位移序号。由参数的实际物理意义以及地质勘探资料等先验信息，可给出待求参数的限制范围，课题份量和难易程度要恰当，博士生能在二年内作出结果，硕士生能在一年内作出结果，特别是对实验条件等要有恰当的估计。从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果(3)从而，振动参数识别问题的计算模型可以表述为min(4)

8、．振动参数识别模型的求解方法.1约束变尺度方法计算模型式(4)是一个约束非线性规划问题，本文采用约束变尺度方法求解。约束变尺度方法具有收敛快、可靠性好、适应能力强等优点，具有良好的收敛性能[12-13]，其基本思想是迭代和逼近。一般地，对于非线性规划问题式，首先将其转化为一系列二次规划子问题式(6)，式(5)中是等式约束数目，是所有约束总数；式(6)中上标为迭代步数。以这些二次规划子问题的解，构成各次迭代步的搜索