论文题目: 桥梁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: 结构工程
作者: 刘雨青
导师: 吴代华
关键词: 桥梁,模态参数,随机子空间识别法,神经网络,模型修正,损伤识别,识别软件
文献来源: 武汉理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 大型桥梁是国家基础设施建设的一个重要组成部分。在服役期间,桥梁结构通常会遭受各种自然灾害和人为等许多不确定因素的破坏,从而产生不同程度的损伤,加剧桥梁的老化,降低桥梁的承载能力,进而影响其安全运营。因此,通过识别桥梁结构的模态参数,检测其可能存在的损伤,建立起预警及适时维修机制,有助于从根本上消除隐患,避免灾难性事故的发生。 本文以武汉理工大学理工一桥为背景,综合运用有限元、系统辨识、模态参数识别、人工神经网络等理论和方法,从桥梁结构基准理论模型的建立开始,对桥梁的动态特性测试,模态参数识别,结构损伤检测等整个健康监测过程进行了全面系统地研究。本文的主要研究成果和创新点如下: 1、研究建立了理工一桥的空间有限元理论模型。以此模型作为先验模型,对该桥的动力特性进行了研究,掌握了其固有频率和模态振型的变化规律,结果准确可靠,为下一步研究桥梁的运营状态提供了理论基础。 2、利用环境激励测试了理工一桥的动力特性,提出了测试中直接影响测试精度的七个需要注意的问题,并由导纳圆拟合法识别出结构的重要模态参数(固有频率、阻尼比和振型)。 3、研究了基于参考点的随机子空间桥梁模态参数识别方法。该方法直接根据环境激励下测得的输出响应来构建Hankel矩阵,并通过QR分解技术对数据进行精简,再对投影矩阵进行奇异值分解来剔除噪声,最后识别出结构的模态参数。它是一种时域识别算法,不受傅立叶变化的影响,识别速度快,精度高。结果表明:基于参考点的随机子空间法比导纳圆拟合法识别的固有频率更接近理论计算值,在保证测量准确,受误差干扰小的情况下,对阻尼比的识别可信度较高。 4、研究了桥梁结构的有限元模型修正。首先根据环境振动测试法测定的斜拉索索力,对桥梁的有限元模型进行了初次修正。在由拉索基频计算索力时,充分考虑了斜拉索的斜度、垂度、抗弯刚度以及边界条件对索力产生的影响。提出了可将此桥的斜拉索视为刚性拉索,并将计算出的索力值与原设计索力相比较,找到了此桥斜拉索存在的问题。然后,根据随机子空间法识别的模态参
论文目录:
中文摘要
Abstract
第1章 绪论
1．1 概述
1．2 模态参数识别方法的研究进展和现状
1．2．1 频域识别法
1．2．2 时域识别法
1．3 有限元模型修正方法
1．3．1 矩阵型法
1．3．2 设计参数型法
1．3．3 基于神经网络算法的模型修正方法
1．3．4 基于遗传优化算法的模型修正方法
1．4 桥梁结构损伤识别方法研究
1．4．1 动力指纹法
1．4．2 模型修正法
1．4．3 人工神经网络方法
1．4．4 其它智能计算方法
1．5 本文的研究内容
第2章 桥梁结构的有限元模拟和动力特性分析
2．1 桥梁结构的有限元分析
2．1．1 武汉理工大学理工一桥简介
2．1．2 理工一桥初始有限元模型的建立
2．2 有限元理论模态分析
2．2．1 结构动力学分析
2．2．2 理工一桥有限元模态分析结果
2．3 参数分析
2．4 本章小结
第3章 桥梁结构的动载试验
3．1 动载试验的设计
3．1．1 测点布设
3．1．2 数据采集和处理
3．1．3 基于导纳圆拟合法的模态参数识别
3．2 动力特性分析
3．2．1 理工一桥的环境振动测试
3．2．2 环境振动测试结果分析
3．3 本章小结
第4章 基于随机子空间的桥梁模态参数识别
4．1 结构振动的状态空间模型
4．1．1 结构的状态空间模型
4．1．2 随机子空间模型
4．2 随机子空间识别法基本原理
4．2．1 Hankel矩阵的建立
4．2．2 Kalman滤波状态
4．2．3 随机子空间识别
4．3 基于参考点的随机子空间识别法
4．4 模态参数的确定
4．5 理工一桥的模态参数识别
4．6 本章小结
第5章 桥梁结构的有限元模型修正
5．1 斜拉索的固有振动分析
5．1．1 边界条件不同的索力计算方程
5．1．2 固端刚性拉索索力估算
5．2 斜拉桥的索力振动测试
5．2．1 拉索的固有频率识别
5．2．2 斜拉索的索力计算
5．3 桥梁结构有限元模型修正
5．3．1 BP神经网络
5．3．2 网络结构的输入/输出
5．3．3 网络模型的训练
5．3．4 神经网络的修正结果分析
5．4 本章小结
第6章 桥梁结构的损伤识别
6．1 基于神经网络的桥梁结构损伤识别方法
6．1．1 基于 BP网络的结构损伤识别
6．1．2 基于 RBF网络的结构损伤识别
6．1．3 基于遗传算法和神经网络的结构损伤识别
6．2 理工一桥的结构损伤识别
6．2．1 损伤对模型桥的固有频率的影响
6．2．2 基于人工神经网络的结构损伤识别
6．3 本章小结
第7章 总结与展望
7．1 全文总结
7．2 研究展望
参考文献
攻读博士期间发表的论文
致谢
发布时间: 2006-06-28
参考文献
- [1].随机子空间方法在桥梁模态参数识别中的应用研究[D]. 常军.同济大学2006
- [2].桥梁结构模态参数识别与损伤诊断算法研究[D]. 黄晓敏.昆明理工大学2013
- [3].基于环境激励下预应力混凝土桥梁模态参数识别与损伤诊断[D]. 姜浩.吉林大学2009
- [4].小波分析在桥梁健康监测中的应用研究[D]. 孙磊.长安大学2012
- [5].混凝土斜拉桥的模态参数识别与模型修正[D]. 张国刚.湖南大学2013
- [6].桥梁结构模态参数辨识与损伤识别方法研究[D]. 熊红霞.武汉理工大学2009
- [7].大型斜拉桥基于健康监测的模型修正、损伤诊断与预警方法[D]. 侯立群.哈尔滨工业大学2009
- [8].Long Term Operational Modal Parameter Identification of Long Span Cable Stayed Bridge[D]. INAMULLAH KHAN.西南交通大学2016
- [9].基于独立分量分析的结构模态分析与损伤诊断[D]. 静行.武汉理工大学2010
- [10].环境激励下桥梁结构模态参数自动化识别方法研究[D]. 徐健.重庆交通大学2017
标签：桥梁论文; 模态参数论文; 随机子空间识别法论文; 神经网络论文; 模型修正论文; 损伤识别论文; 识别软件论文;