环境振动模态分析法在道路桥梁检测中的应用研究

论文摘要

本文在系统总结近年来桥梁检测和模态分析领域比较成熟的方法和新的研究思路的基础上,进行了针对环境振动激励下桥梁检测的模态分析方法的研究。具体研究内容如下:本文首现介绍了模态分析的基本概念,全面地研究了环境振动分析方法的基本理论,系统地分析了环境振动分析方法的主要数学方法;建立了结构动力学的有限元模型和试验模型,分析了有限元模型与试验模型之间的相互关系;提出了在环境振动激励未知输入载荷的情况下,通过在工程结构上增加质量的方法,来获得结构的模态参量的方法,并推倒了其计算公式。然后通过在一个四自由度的MDOF结构上进行仿真试验证实了环境振动模态分析法中运用增加质量法来得到模态参数的可行性和可靠性。接着对一座小桥进行实际测量,并运用环境振动模态分析法进行模态分析,得到了所需模态数据,证实了该法在实际中的可行性。最后,本文讨论了有关桥梁实测时应注意的问题,分析了桥梁实测时波形失真的原因和校正方法以及测量误差对损伤识别结果的影响,构建了桥梁综合检测的框架,给出了桥梁综合检测的基本步骤。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 工程结构模态分析的背景及意义
• 1.3 工程结构模态分析的发展及研究现状
• 1.3.1 频域分析方法
• 1.3.2 环境振动试验和环境振动分析方法
• 1.3.3 国内外研究现状
• 2 模态分析理论
• 2.1 实验模态分析
• 2.2 环境振动模态分析的基本概念
• 2.3 环境振动模态分析与传统模态分析相比的优点
• 2.3.1 便于测量
• 2.3.2 持续性测试
• 2.3.3 多输入多输出模态技术
• 2.3.4 现场模态测试
• 2.4 环境振动模态分析的主要应用
• 2.4.1 估计作用在结构上的未知载荷
• 2.4.2 损伤检测
• 2.4.3 无损检测
• 2.4.4 振动级评估
• 2.4.5 疲劳分析
• 2.4.6 确定比例振型
• 2.5 环境振动模态分析的主要数学方法
• 2.5.1 频域峰值法
• 2.5.2 FDD频域分解技术
• 2.5.3 适用于自相关和互关函数的Polyreference最小平方复指数法
• 2.5.4 使用预测误差法的ARMAV估计
• 2.5.5 复指数法
• 2.6 运用质量变换法获得比例系数
• 3 基于环境振动模态分析的四度自由度系统的仿真实验
• 4 环境振动模态分析在桥梁实际检测中的应用
• 4.1 对被测桥的描述
• 4.2 试验设备
• 4.3 实验描述
• 4.4 实验装置和测试
• 4.5 数据分析
• 4.6 用峰值法估计模态参数
• 5 桥梁实际检测的有关问题
• 5.1 测量误差对损伤诊断的影响
• 5.2 实测波形的失真与校正
• 5.2.1 波形失真的原因
• 5.2.2 波形失真的识别
• 5.2.3 波形失真的消除
• 5.3 桥梁的综合检测技术
• 5.3.1 静态检测系统
• 5.3.2 局部激振检测技术
• 5.3.3 综合检测方法
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果