基于特征系统实现算法桥梁结构动力特性识别

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1、华中科技大学硕士学位论文基于特征系统实现算法的桥梁结构动力特性识别姓名：涂静申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：朱宏平20090529华中科技大学硕士学位论文摘要在桥梁振动分析与抗震设计中，结构的动力特性显示出越来越重要的作用，动力特性识别作为动力特性分析的重要方法，得到越来越广泛的应用。桥梁结构具有一定的特殊性和复杂性，由于环境激励下的模态识别方法仅通过响应数据识别模态，无需人为激励，节省人工和设备，不易造成结构损伤，能识别由于环境激励引起的动力特性的变化，在桥梁分析中得到应用广泛，特征系统实现算法是环境激励下动力特性识别的有效方法之一，其研究

2、具有重要的理论和工程应用价值。首先，本文介绍了模态分析的基本理论，动力特性识别方法的发展历程。用SAP2000对试验用的工字型钢梁进行了模态分析，得到前三阶振型及频率值，为后面的动力试验研究提供理论依据。接着，从可控性和可观性理论出发，结合振动的有关知识，从理论上得到了特征系统实现算法的实现步骤。特征实现算法移植了控制理论中的最小实现原理，利用脉冲响应或者自由衰减响应数据构造Hankel矩阵，运用奇异值分解得到系统的最小实现，通过奇异值截断舍弃较小的噪声成分较多的奇异值，然后对系统矩阵进行特征值分解，得到结构的动力特性参数，利用模态精度指标剔除虚假模态

3、。然后，用一根6m长的工字型钢梁进行桥梁动力试验研究，动荷载由带砝码的小车来施加，试验中采用动态数据采集与分析系统。根据特征实现算法理论编制计算机语言程序进行模态识别，用模态幅值相干系数，扩展的模态幅值相干系数，模态相位共线性系数来剔除虚假模态。将识别结果与SAP2000计算结果，以及传统加速度信号频谱分析的结果进行对比。从特征实现算法对工字型钢梁的识别过程可以看到，特征系统实现算法具有较好的识别精度和抗噪性能，它仅通过结构的响应数据就可以进行动力特性识别，具有广阔的工程应用前景。关键字：桥梁结构特征系统实现算法环境激励动力响应动力特性I华中科技大学硕

4、士学位论文AbstractNowadays,withthefastdevelopmentofmodernsociety,bridgestructuresbecomemorecomplicated,thedynamiccharacteristicsplayamoreandmoreimportantroleinbridgedynamicanalysis.Modelidentificationmethodsunderambientexcitationonlyneedresponsesdata,nopeople-motivationneeded,lowcost

5、，noextradamagetostructures，andcandetectmodelparametersvariationwhenenvironmentchanges.Bridgestructureshavecertainspecialityandcomplexity,fortheadvantagesmentioned,modelidentificationmethodsunderambientexcitationarewidelyusedinbridgeanalysis.EigensystemRealizationAlgorithmisoneof

6、thosemethods,thestudyofitisquitenecessaryandmeaningful.Firstly,thethesisintroducesbasictheoryaboutmodelanalysisanddevelopmentprocessofidentificationmethods.SAP2000finiteelementsoftwareisusedtodomodelanalysisofanI-typesteelbeamthatwillbeusedintheexperiment,thisanalysisgetsthefirs

7、tthreefrequencyvaluesandvibrationshapesofthebeam,whicharethetheoreticalfoundationoflatterdynamicexperimentresearch.Startfromcontrollabilityandobservability,calculationproceduresofEigensystemRealizationAlgorithmisfiguredout.ERAmakesuseofminimalrealizationprincipalincontroltheory,

8、usesimpulseresponsesorfreeweakeningresponsesdat