环境激励下斜拉桥拉索结构健康监测与损伤识别方法研究

摘要

本文以斜拉桥拉索结构为研究对象，从环境激励下斜拉索结构的振动响应出发，分析研究了通过信号处理方法进行响应信号的选择、预处理以及提高拉索基频识别精度的相关问题。通过对比计算分析了信号采集对识别精度的影响，分析比较了不同参数对小波降噪效果的影响，初步探讨了将相关性理论用于实测信号筛选的可能性。具体研究内容和结论如下： 斜拉桥拉索结构在环境激励下模态参数时域识别方法(随机减量法+ITD法)和频域识别方法(功率谱峰值法)的研究和对比分析。两种方法对以白噪声激励为主产生的响应信号都有良好的模态参数识别精度。但由于真实环境激励条件的随机性和多种干扰因素的存在，激励信号有可能与标准的平稳白噪声输入存在较大差别，在使用随机减量法+ITD法进行模态参数识别时需要注意对激励信号的评价，以免影响识别效果。功率谱峰值法在实测信号频率识别中则反映了较强的环境适应性。 在基于环境激励的模态参数识别中，由于激励条件的随机性和不确定性，对信号的采集和预处理提出了更高的要求。采样频率仅仅满足采样定理是不能满足实际工程需要的，实际采样频率可参考取最大采样频率的20倍以上。采样点数目的选择要综合考虑识别精度要求、数据处理工作量和采样周期等因素。由于拉索基频识别以低阶频率为主，对响应信号做低通滤波和消噪处理可以很好的改善识别精度。 对利用相关性理论进行实测响应数据选取的方法进行了探讨。通过计算认为，当两段响应信号的相关系数的绝对值在0.1以上时，便可以认为两段信号具有较好的相关性。在实际应用中，可以计算未进行处理的信号与已知具有较好识别精度的信号的相关系数，并根据计算得到的结果判断未处理的信号的优劣，提高频率识别效率，大大减小实际工作量，可供实践中参考。 通过对工程实例的模态参数进行测量和分析，为环境激励下斜拉桥拉索结构的健康监测和损伤识别研究提供了重要依据。

目录

文摘

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第1章绪论

1.1引言

1.2桥梁健康监测的发展与现状

1.3斜拉桥拉索结构健康监测概述

1.3.1健康检测的方法

1.3.2基于振动的拉索监测和损伤识别方法

1.3.3环境激励下斜拉桥拉索模态参数识别

1.4本文研究思路及主要内容

第2章 环境激励下斜拉索的振动及模态参数识别方法

2.1环境激励下斜拉索振动机理

2.1.1涡激共振

2.1.2尾流驰振

2.1.3风雨激振

2.1.4内共振和参数激振

2.2环境激励下模态参数分析基本理论

2.2.1线性结构振动方程分析

2.2.2平稳随机过程的数学特征

2.3拉索结构参数识别特性

2.4模态参数识别方法

2.4.1时域方法和频域方法的各自特点

2.4.2随机减量法

2.4.3 ITD方法

2.4.4功率谱峰值法

2.5实验算例

2.5.1白噪声信号激励下频率识别

2.5.2模拟风载激励下频率识别

2.5.3分析与讨论

2.5.4实测响应信号实验

2.6本章小结

第3章 提高拉索结构频率识别精度的主要问题

3.1采样定理与频率混叠

3.2低通滤波

3.3重采样

3.4信号的截断和窗函数

3.5信号消噪

3.6实验算例

3.6.1采样影响

3.6.2消噪效果

3.6.3分析与讨论

3.7本章小结

第4章涪陵建峰长江跨越斜拉管桥拉索基频识别及桥梁状态评估

4.1涪陵建峰长江跨越斜拉管桥概况

4.2基频识别工具

4.3实测数据

4.4信号前处理分析

4.5实测信号的取舍

4.6拉索基频识别及全桥状态评价

4.7本章小结

第5章全文总结与展望

5.1全文工作总结

5.2今后工作展望

参考文献

致谢