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《基于环境振动测量值的悬索桥结构动力模型修正》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、DOI:10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2002.01.014第15卷第1期振动工程学报Vol.15No.12002年3月JournalofVibrationEngineeringMar.2002基于环境振动测量值的悬索桥结构动力模型修正张启伟(同济大学桥梁工程系上海,200092)摘要以主跨1385米的江阴长江公路大桥为背景,研究利用环境振动测量值进行悬索桥结构有限元模型修正的可行性。采用的模型修正方法以结构特征值灵敏度分析为基础,通过迭代求解二次规划问题修正有限元模型参数。根据江阴长江公路大桥
2、的设计图纸建立悬索桥三维有限元模型并进行固有振动分析。同时利用大桥现场环境振动测量值得到一组结构实测模态参数,用以作为有限元模型修正的基准。根据结构特征值灵敏度分析结构选择了一组待修正结构参数并予以修正。修正后有限元模型的动力特性更加趋近于环境振动实测值。最后指出了模型修正不能完全消去大桥结构理论-实测频率差的可能原因。关键词:模型修正;固有频率;悬索桥;环境振动;有限元中图分类号:TB123;O241.82有限元建模是大跨度索支承桥梁结构分析的基变得复杂而困难。同时,对于悬索桥结构,由于加劲本手段。通常,结构有限元模型是根据
3、设计图纸构造梁质量的变化将通过主缆索轴向拉力的变化而影响的,并且常伴随理想假定与简化。因此,有限元模型难结构刚度,因而对这类非线性结构的模型修正必需[7]以完全真实地反映结构的所有物理与模态特性,因而考虑结构质量变化对刚度变化的影响。因此,系统预测的结构行为不可避免地与结构的真实行为存在矩阵修正方法一般不适用于悬索桥结构的模型修偏差。另一方面,试验模态分析技术的发展使得基于正。文献[6]和[8]分别提出了带参数约束的和基于环境振动的结构模态识别成为可能,并已在很多大跨神经网络的结构参数修正方法,并且运用于试验室[1～2]度桥梁
4、上得到应用。由于有限元模型可以提供详模型悬索桥的理论模型修正。但是,利用现场实测数细的结构物理与模态特性,因此人们常利用结构实测据对悬索桥结构进行模型修正的应用尚未见报道。振动信息修正结构有限元模型,使得修正后结构分析本文以建成的江阴长江公路大桥悬索桥结构为[3]的模态参数(或响应)与试验值趋于一致。对于大跨背景,利用大桥环境振动测量数据和提取的模态信度索支承桥梁,修正后的结构有限元模型至少可以应息,修正大桥在设计阶段根据设计图纸所建立的有用于三个方面:(1)结构动力响应和动力安全性再分限元模型,以探索利用环境振动测量值进行大
5、跨度析;(2)某些振动控制技术的控制策略制订;(3)利用悬索桥结构动力模型修正的可行性。新建桥梁现场测试数据修正得到的结构模型可以用作大桥健康监测和整体性评估的基准。1模型修正方法简介有限元模型修正方法可大致区分为系统矩阵修[4]悬索桥结构的有限元分析中,结构固有振动特正与结构参数修正两类。系统矩阵修正方法一般性由下式确定通过求解矩阵方程或优化问题来修正结构刚度和¨[5](或)质量矩阵,并且通常假定刚度与质量的变化Mx+(Ke+Kg)x=0(1)相互独立。结构参数修正方法常利用观测量(如振动式中Ke和Kg分别为结构的弹性刚度矩
6、阵和几何频率、振型、频响函数等)对结构参数的灵敏度来修刚度矩阵;M为质量矩阵。由于加劲梁质量的变化[6]正结构参数。大多数模型修正技术已在简支梁、桁影响缆索拉力从而影响结构总体刚度K(=Ke+Kg)架等简单结构上得到验证。但是,对于大型复杂结构的变化,所以对悬索桥结构的模型修正必需考虑结(如悬索桥),由于有限元模型中存在大量的材料、几构质量变化对刚度变化的影响。何特性以及边界与联结状态的不确定性,模型修正本文采用作者提出的一种基于特征值灵敏度分国家自然科学基金(编号:59878037)与上海市教育基金曙光计划(编号:2000s
7、g10)联合资助项目收稿日期:2000-07-11;修改稿收到日期:2001-02-28第1期张启伟:基于环境振动测量值的悬索桥结构动力模型修正75[6]析、带有参数约束的模型修正方法。这一方法简单于是,结构参数修正可以归结为以下二次规划问题介绍如下。1TminimizeJ(x)=xWx将式(1)转化为模态特征方程,即可求得结构第2(5)subjecttoAx≤di阶特征值λi和相应的特征向量iKi=λiMi(2)WPWP0x=,W=,SWP-WΛ0WE其中刚度矩阵K和质量矩阵M由结构参数决定。结构参数包括结构材料与几何特性、
8、构件联结条件buI0d=,A=(6)以及结构的边界条件。-bl-I0对于建立的有限元模型,假设估计的结构参数其中Wp和WE为加权矩阵,I为单位矩阵。集为Pa。通过分析可得结构理论特征值向量Λa和对于非线性结构,需采用迭代法进行模型修正。特征向量矩阵(振动矩阵)Υa(下标a表示
