基于地震观测记录的多自由度结构参数识别方法及应用

论文摘要

结构参数识别是结构抗震安全性能鉴定和健康诊断的基础,利用地震观测记录来识别结构模态参数,是地震工程领域备受关注的研究课题之一。本文基于结构理论地震反应时程和实际观测记录,对多自由度结构模态识别方法及其应用进行了探讨,主要研究内容如下:1.总结了当前国内外结构参数识别方法的研究成果,介绍了一维、多维和整体外源自回归模型(ARX模型)以及相应的结构参数识别理论。2.对激励线性分段插值法和平均加速度法两种地震反应分析方法进行了对比分析,应用激励线性分段插值振型叠加法计算了三层平面框架结构在El Centro地震波输入下的理论反应时程。3.利用三层平面框架结构的理论地震反应时程,对一维ARX模型、多维ARX模型和整体ARX模型三种模态参数识别方法进行了对比分析。结果表明:1)在直接以输入地震波和理论地震反应时程为识别数据时,三种方法具有相同的识别效果且精度很高。2)在以添加噪声后的输入地震波和理论地震反应时程为识别数据时,一维ARX模型在不同测点会识别出不同的结果,阻尼比的出入有时会很大;当某测点输出噪声较大或模态耦合严重时,一维和多维ARX的识别精度往往会受到较大影响,甚至会得出错误的结果,而整体ARX模型的识别结果较为稳定且精度较高。3)识别参数精度与识别数据中的噪声水平有密切关系,噪声越大识别精度就越差,模型的符合度也越低;噪声对高阶模态的识别影响比低价模态大,对阻尼比的识别影响比频率大。4.基于5个建筑物的多点地震观测记录,应用一维ARX模型、多维ARX模型和整体ARX模型,识别了相应的结构模态参数。结果表明:1)整体ARX模型识别结构参数要比多维ARX稳定,多维ARX模型在阶数较低时有时候会丢失模态、在阶数较高时又常会产生虚假模态,同时在某一测点的实测值出现异常时多维ARX很可能会偏离正确结果;而整体ARX模型基本上能有效地识别出相对精确的结果。2)整体ARX模型的识别结果多处于一维ARX模型的识别结果中间,而多维ARX的识别结果常处于一维ARX模型的识别结果两侧。5.对滞回曲线结构参数识别理论进行了讨论,并应用到上述三层平面框架结构的参数识别。通过对比分析发现:1)滞回曲线识别结构参数法能高精度地识别出结构的刚度和阻尼比,且刚度的识别精度比阻尼比高。2)对原始数据进行滤波处理后,刚度和阻尼比的识别精度会有所提高。最后,论文对研究工作进行了总结,对今后研究进行了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 时间序列参数识别方法的研究
• 1.2.2 滞回曲线参数识别方法的研究
• 1.2.3 其它参数识别方法的研究
• 1.3 本文的研究内容及组织安排
• 第二章 时间序列模型理论及参数识别理论
• 2.1 时间序列模型理论
• 2.1.1 一维时间序列模型
• 2.1.2 多维时间序列模型
• 2.1.3 整体时间序列模型
• 2.2 ARX模型模态参数识别理论
• 2.2.1 一维ARX模型
• 2.2.2 多维ARX模型
• 2.2.3 整体ARX模型
• 第三章 基于理论地震反应时程的ARX结构参数识别方法的应用
• 3.1 引言
• 3.2 基本理论
• 3.2.1 基本公式
• 3.2.2 模态分析
• 3.2.3 地震反应分析方法的对比
• 3.3 ARX模型在理论模型结构中的应用
• 3.3.1 理论模型结构
• 3.3.2 时程反应分析
• 3.3.3 参数识别
• 第四章 基于地震观测记录的ARX结构参数识别方法的应用
• 4.1 绪论
• 4.2 中兴大学一钢筋混凝土框架结构的参数识别
• 4.2.1 建筑物简介
• 4.2.2 结构地震反应记录
• 4.2.3 结构参数识别
• 4.3 美国加州海沃德大学一座建筑的结构参数识别
• 4.3.1 建筑物简介
• 4.3.2 结构地震反应记录
• 4.3.3 结构参数识别
• 4.4 美国圣布鲁诺一座政府办公大楼的结构参数识别
• 4.4.1 建筑物简介
• 4.4.2 结构地震反应记录
• 4.4.3 结构参数识别
• 4.5 伯班克一座住宅大楼的结构参数识别
• 4.5.1 建筑物简介
• 4.5.2 结构地震反应记录
• 4.5.3 结构参数识别
• 4.6 核桃溪市一座商业大楼的结构参数识别
• 4.6.1 建筑物简介
• 4.6.2 结构地震反应记录
• 4.6.3 结构参数识别
• 4.7 本章小结
• 第五章 滞回曲线参数识别理论及应用
• 5.1 引言
• 5.2 滞回曲线结构参数识别理论
• 5.3 滞回曲线结构参数识别方法的理论应用
• 5.4 小结
• 第六章 结语与展望
• 一、本文工作总结
• 二、工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介