预应力钢筋混凝土桁架梁动力实测及模态分析

论文摘要

预应力钢筋混凝土桁架是一种应用较为广泛的结构形式,该类结构多应用在转换层和桁架梁桥中。目前,对其静力方面的研究较多,动力方面涉及较少。准确了解该类形式结构的动力特性参数,不仅可以为其设计提供动力方面的指导,还可以对其质量的全面检测、评估和健康监测提供参考和借鉴。基于环境激励的动力实测法由于具有无需损伤被检测结构、不中断结构物的使用以及经济适用等优点被广泛采用,采用该法可以很好的获得被检测物的动力特性参数,为动力分析提供较为准确的原始数据文件。本文即采用这一方法对安徽广电中心多功能演播厅的台口梁这一预应力钢筋混凝土桁架结构形式进行了动力测试,通过实验模态分析和计算模态分析得出了梁的相关模态参数,经过两种模态分析对比,从动力角度检测了梁的施工质量,也为今后梁的健康监测和损伤识别提供了参考数据。本文完成的主要工作和结论有：1.简要介绍了模态分析的基本理论知识,给出了多自由度系统在三种不同阻尼情况下的振动方程,推导了各方程的时频变换过程；介绍了几种模态参数识别方法,较为详细地论述了峰值法识别模态参数的原理和方法。2.详细的介绍了安徽广电中心演播厅台口梁在环境激励下的振动试验,使用峰值法识别出了梁在自身平面内的频率与阻尼比。试验结果表明,采用峰值法能够识别出相关参数,识别出的参数可以作为对梁的施工质量进行评判的依据之一。3.建立了台口梁的初始有限元模型,使用实测数据对其进行了模型修正,从修正后的对比结果来看,修正后的模型可以提供较为准确的参考值。该有限元模型能够很好的模拟台口梁的工作条件,可以为梁今后的健康监测和损伤识别研究提供动力数据参考。4.从全文的分析看,本文对桁架梁所进行的动力实测方案、实测步骤、建立有限元模型的各种简化方法及修正方法均可以为同类型结构的动力实测提供指导。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 预应力钢筋混凝土桁架概述
• 1.2 钢筋混凝土桁架研究现状
• 1.3 结构检测的目的及意义
• 1.4 课题研究的主要内容
• 第2章 模态分析基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 结构的振动方程
• 2.2.1 无阻尼系统
• 2.2.2 粘性比例阻尼系统
• 2.2.3 结构阻尼系统
• 2.3 环境激励下结构的模态参数识别
• 2.3.1 峰值拾取法
• 2.3.2 随机减量法
• 2.3.3 NExT法
• 2.3.4 时间序列分析法
• 2.3.5 随机子空间法
• 2.3.6 频域分解法
• 2.3.7 联合时频域法
• 2.4 频域内模态分析基本知识
• 2.4.1 快速傅里叶变换（FFT）
• 2.4.2 功率谱密度
• 2.4.3 功率谱密度与自相关函数关系
• 2.4.4 功率谱密度与频响函数的关系
• 2.4.5 峰值拾取法
• 2.5 本章小结
• 第3章 预应力钢筋混凝土桁架梁试验模态分析
• 3.1 引言
• 3.2 安徽广电中心多功能演播厅台口梁动力实测
• 3.2.1 工程项目简介
• 3.2.2 动力实测方案
• 3.2.3 动力实测步骤
• 3.2.4 动力实测结果
• 3.3 台口梁平面内模态参数识别
• 3.3.1 实测信号的预处理
• 3.3.2 数字滤波
• 3.3.3 模态参数识别
• 3.4 模态参数识别结果分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 预应力钢筋混凝土桁架梁计算模态分析
• 4.1 引言
• 4.2 台口梁初始有限元模型的建立
• 4.2.1 钢筋混凝土结构的有限单元计算模型
• 4.2.2 有限元模型单元简介
• 4.2.3 材料参数的定义
• 4.2.4 边界条件的模拟
• 4.2.5 预应力的模拟
• 4.2.6 初始有限元模型的建立
• 4.3 台口梁计算模态分析
• 4.3.1 结构主自由度的确定
• 4.3.2 有限元模态分析方法及过程
• 4.3.3 结果对比分析
• 4.4 有限元模型修正
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间公开发表的论文