基于HHT的二滩拱坝工作性态识别及其“拍振”机理研究

摘要

高拱坝泄流结构在长期泄流荷载作用下极易发生疲劳或振动破坏,严重影响工程的正常运行和效益的发挥。因此必须寻找有效的检测手段,以快速、准确地发现水工结构中存在的隐患及病害,有效预报其安全状况,对其运行的可靠性进行评估。水工结构出现损伤会导致特定部分的质量或刚度发生损失,进而引起结构动力特性发生变化,这些都将在结构的模态信息中有所反映。因此如何精确地获取结构的模态信息是水工结构运行状态监测的重要前提。本文针对这一问题展开一系列研究,主要包括以下四方面内容:
　　(一)二滩拱坝泄洪振动特性研究。首次应用自回归AR模型对大型水工结构泄洪振动信号的频谱进行分析,将坝体上布置的11个测点按照坝顶拱圈和拱冠梁两个方向进行幅值域、频域和特征指标分析,得到泄流激励下二滩拱坝的振动特性。
　　(二)基于经验模态分解(EMD)的滤波方法研究。本文将HHT法引入到水工结构泄洪振动信号的分析中,结合EMD是一个不断从高频到低频滤波这一本质,从信号本身的时间特征尺度出发,对分解得到的某些IMF分量进行组合,构成高通、带通、低通滤波器以滤除噪声。提出了基于信号相关性的EMD滤波方法和基于EMD与小波阈值相结合的滤波方法,并将两种方法应用到实测水工结构泄洪振动信号的滤波降噪中。
　　(三)二滩拱坝“拍振”机理研究。引入自然界中“拍”的概念,研究了初相差、频率比和振幅比对“拍”的影响。应用SSI法模态识别的结果和坝体测点主频统计分析,结合实测“拍振”现象的自身特点,对泄洪振动下二滩拱坝“拍振”现象的机理进行研究。
　　(四)泄流激励下高拱坝的模态参数识别研究。针对原型动力试验激励难的问题,本文结合水工结构环境激励荷载的特点,首先提出NExT+HHT法对工作状态下二滩拱坝模态参数进行识别,得到拱坝的前4阶工作模态;针对密频结构响应信号EMD分解过程中出现的模态混叠现象,首次提出了带通滤波和伪信号处理技术相结合的方法,对泄洪振动信号的EMD过程进行控制,精确地得到结构的各阶模态分量,然后应用随机减量法提取出各阶模态分量的自由衰减信息,最后对自由衰减信息进行HT变换和最小二乘拟合,得到拱坝的模态参数。

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第一章 绪论

1.1问题的提出

1.2国内外研究现状

1.3本文主要的研究内容

第二章 二滩拱坝泄洪振动特征分析

2.1随机信号采样与分析方法

2.2测试工况

2.3坝体泄洪振动特性分析

2.4坝体泄洪振动信号的特征指标分析

2.5本章小结

第三章 拱坝泄洪振动信号的HHT分析方法

3.1 HHT分析法

3.2 HHT法在非平稳信号分析中的应用

3.3基于HHT法的拱坝泄洪振动信号分析

3.4 HHT法的完备性与正交性

3.5经验模态分解(EMD)的滤波方法研究

3.6本章小结

第四章 泄洪激励下二滩拱坝“拍振”机理研究

4.1“拍”波形的合成

4.2泄洪激励下二滩拱坝的振型识别

4.3二滩拱坝泄洪振动的“拍振”机理研究

4.4本章小结

第五章 基于HHT的高拱坝模态参数识别

5.1基于HHT的模态参数识别理论

5.2 NExT+HHT的二滩拱坝模态参数识别

5.3基于模态混叠处理技术的HHT法模态参数识别

5.4本章小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

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