论文题目: 基于强震记录的结构模态参数识别与应用研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 防灾减灾工程及防护工程
作者: 公茂盛
导师: 谢礼立
关键词: 强震记录,系统辨识,模态参数识别,自振周期经验公式,希尔伯特黄变换,破坏识别,地震扭转反应,模态频率,振型,破坏指数
文献来源: 中国地震局工程力学研究所
发表年度: 2005
论文摘要: 结构强震反应观测是地震工程学的基础,是人们了解工程结构在地震作用下的反应及破坏过程、检验现有抗震设计理论与方法的主要手段之一。近几年,随着各国政府和地震工程界对结构强震反应观测的重视,结构反应观测台阵有了长足的发展。在我国,随着“十五”数字强震观测台网的建设,更多的高层建筑和重大建筑物布设了强震观测台阵。这些台阵一旦在强烈地震中获得反应记录,除了用于工程抗震研究外,还可以用来对结构模态参数进行识别,从而为震后结构健康诊断或震后安全评估提供基础依据。地震作用下结构模态参数的识别与破坏识别问题,也是世界地震工程领域备受关注的问题。本文就对基于结构地震反应记录的结构模态参数识别与应用问题进行了系统深入的研究。本文的主要研究内容摘要如下:1.结构强震反应记录HHT分析详细介绍了一种先进的非平稳信号处理方法—HHT(希尔伯特-黄变换)的意义及算法,针对该方法的具体算法,编制了一套计算程序。然后介绍一座7层钢筋混凝土建筑的概况和在几次地震中的地震反应记录和破坏情况,选择了3次主要的、有代表性地震的反应记录,利用HHT这一先进的数据处理方法,分析了该7层钢筋混凝土建筑物在3次地震中的地震反应记录。给出了幅值-频率-时间的三维分布关系,同时将得到的边际谱和FFT得到的傅立叶谱进行了对比,给出了一些有意义的结论。2.地震作用下结构系统参数识别提出了结构在小震和大震作用下模态参数的识别方法。若结构在地震作用下没有进入时变反应,整个过程都是线弹性反应,则利用整个记录来识别结构的模态参数。若结构进入了时变反应阶段,则将整个结构地震反应记录分为三段,第一段和第三段采用非时变参数识别方法,分别识别结构的模态参数,作为结构破坏前和破坏后的模态参数。第二段采用递归式识别方法,得到模态参数随时间变化的关系,可以观测模态参数在地震作用过程中的变化趋势及规律,也可以得到地震过程中结构的破坏起止时刻。利用一座7层钢筋混凝土建筑物及其在4次地震中的地震反应记录,利用本文方法和所编制的程序对其模态参数进行了详细的识别研究,得到了其小震地震反应的模态参数和大震地震反应的模态参数,特别是得到了结构的模态参数随时间的变化关系,分析结果显示本文所提方法非常有效,得到的结果也合理。3.结构自振周期统计分析提出了两类建筑结构基于地震反应记录的自振周期经验公式。分别选取了40座框剪结构形式的建筑物和36座钢结构形式的建筑物,利用这些建筑
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 选题的背景及意义
1.2 文献回顾与综述
1.2.1 国外研究
1.2.2 国内研究
1.3 本文主要工作安排
第二章 结构强震反应记录 HHT 分析
2.1 引言
2.2 希尔伯特-黄变换(HHT)
2.2.1 经验模态分解(EMD)和固有模态函数(IMF)
2.2.2 希尔伯特变换和希尔伯特频谱
2.2.3 HHT 的有效性和优越性
2.2.4 HHT 的应用
2.2.5 HHT 程序开发及验证
2.3 一座钢混建筑物及地震反应记录
2.3.1 建筑物简介及描述
2.3.2 震害描述
2.3.3 强震观测系统
2.3.4 结构强震反应记录
2.4 结构强震反应资料分析
2.4.1 Whittier 地震反应记录分析
2.4.2 Big Bear 地震反应记录分析
2.4.3 Northridge 地震反应记录分析
2.4.4 结构分析
2.5 小结
第三章 强震作用下结构系统参数识别
3.1 引言
3.2 系统辨识算法介绍
3.2.1 ARX 模型
3.2.2 RARX 算法
3.2.3 模态频率和阻尼比
3.2.4 模型阶次的选择
3.3 AFMM 算法介绍
3.4 一座钢筋混凝土框架结构及其地震反应记录
3.4.1 建筑物简介
3.4.2 结构地震反应记录
3.5 结构非时变参数识别
3.5.1 小震识别
3.5.2 三次小震识别结果分析
3.5.3 三次小震识别结果比较
3.6 大震作用下结构模态参数识别
3.6.1 地震反应记录分段
3.6.2 非时变模态参数识别
3.6.3 时变模态参数识别
3.6.4 大震与小震结果对比
3.6.5 大震第一段和第三段对比
3.7 小结
第四章 结构自振周期统计分析
4.1 引言
4.2 结构自振周期
4.2.1 矩阵位移法求特征值问题
4.2.2 基本振动周期的近似算法
4.2.3 自振周期经验公式
4.2.3.1 我国的经验公式
4.2.3.2 国外的经验公式
4.3 自振周期经验公式研究现状
4.4 框剪建筑物及地震反应记录
4.4.1 资料介绍
4.4.2 框剪结构自振周期识别
4.4.3 框剪结构自振周期回归分析
4.4.4 本文建议公式
4.5 钢框架建筑物及地震反应记录
4.5.1 资料介绍
4.5.2 钢结构自振周期识别
4.5.3 钢结构自振周期回归分析
4.5.4 推荐经验公式
4.6 两类结构经验公式对比
4.7 小结
第五章 地震作用下结构扭转参数识别
5.1 引言
5.2 文献回顾
5.2.1 国外研究情况
5.2.2 国内研究情况
5.2.3 本文研究问题
5.3 地震作用下结构物扭转分析
5.3.1 扭转分量的获得
5.3.2 扭转模态参数识别
5.4 一座钢混结构物扭转模态参数识别
5.4.1 刚性假设验证
5.4.2 模态频率和阻尼比识别
5.4.2.1 非时变阶段的识别
5.4.2.2 时变阶段的识别结果
5.5 结果分析
5.5.1 与水平反应的模态参数对比
5.5.2 结构强震作用下破坏分析
5.6 小结
第六章 地震作用下结构破坏识别研究
6.1 引言
6.2 文献回顾
6.3 问题的提出
6.4 识别方法
6.5 算例设计
6.5.1 模型基本情况简介
6.5.2 模型基本参数
6.6 算例地震反应分析
6.6.1 IDARC-2D 简介
6.6.2 输入强震记录
6.7 算例反应识别
6.7.1 EL Centro 强震记录为输入时
6.7.2 结果分析
6.7.3 CHY065 强震记录为输入时
6.7.4 两条强震记录识别对比
6.8 振型识别
6.8.1 模态频率和阻尼比
6.8.2 振型识别
6.9 破坏指数和模态参数变化
6.9.1 破坏指数和频率变化的关系
6.9.2 破坏指数和振型变化的关系
6.10 小结
第七章 结论与展望
7.1 本文工作总结
7.2 本文工作展望
参考文献
作者简介
攻读博士期间参加项目和获得奖励
攻读博士期间发表论文
致谢
发布时间: 2006-08-08
参考文献
- [1].土木工程结构模态参数识别[D]. 禹丹江.福州大学2006
- [2].环境激励下工程结构模态参数识别[D]. 徐士代.东南大学2006
- [3].基于环境激励的大型土木工程结构模态参数识别研究[D]. 叶锡均.华南理工大学2012
- [4].基于振动信号的结构参数识别系统方法研究[D]. 祁泉泉.清华大学2011
- [5].基于盲源分离技术的工程结构模态参数识别方法研究[D]. 张晓丹.北京交通大学2010
- [6].工程结构模态参数辨识与损伤识别方法研究[D]. 李帅.重庆大学2013
- [7].强风作用下高层建筑风场实测及模态参数识别研究[D]. 申建红.上海大学2010
- [8].空间网格结构健康监测系统关键技术研究[D]. 刘伟.哈尔滨工业大学2009
- [9].基于小波变换的时变结构参数识别研究[D]. 王超.中南大学2009
- [10].环境激励下大跨空间钢结构参数识别与损伤预警[D]. 朱焰煌.哈尔滨工业大学2010
相关论文
- [1].希尔伯特—黄变换（HHT）与地震动时程的希尔伯特谱[D]. 张郁山.中国地震局地球物理研究所2003
- [2].时频联合分析方法在参数识别中的应用[D]. 石志晓.大连理工大学2005
- [3].抗震设计规范中地震作用的规定[D]. 耿淑伟.中国地震局工程力学研究所2005
- [4].土木工程结构模态参数识别[D]. 禹丹江.福州大学2006
- [5].桥梁结构模态参数识别与应用研究[D]. 刘雨青.武汉理工大学2005
- [6].大型工程结构模态识别的理论和方法研究[D]. 姚志远.东南大学2004
- [7].近场SH波动数值模拟若干问题研究[D]. 张晓志.中国地震局工程力学研究所2002
- [8].环境激励下工程结构模态参数识别[D]. 徐士代.东南大学2006
- [9].结构系统和损伤识别的若干方法研究[D]. 黄天立.同济大学2007
- [10].基于Hilbert-Huang变换的桥梁监测信号分析与处理和时变模态参数识别[D]. 王学敏.中南大学2008
标签：强震记录论文; 系统辨识论文; 模态参数识别论文; 自振周期经验公式论文; 希尔伯特黄变换论文; 破坏识别论文; 地震扭转反应论文; 模态频率论文; 振型论文; 破坏指数论文;