基于环境激励的安庆铁路长江大桥模态参数识别

发布时间：2019-07-11 13:25

【摘要】：安庆铁路长江大桥为主跨580m的三主桁四线高速铁路斜拉桥,是宁-安城际的重要控制性工程。由于高速铁路桥梁对结构的动力特性有很高的要求,因此获得结构真实的动力学参数显得十分必要。结构模态参数(主要是频率、振型、阻尼比等)识别是进行动力学分析的前提,可应用于有限元模型修正、结构健康监测及损伤识别等方面。基于环境激励的模态参数识别具有方便省时、不打断结构正常运行的优点,但其测得的响应具有幅值小、随机性强、噪声影响大的特点,且由于输入与系统参数均未知,仅由响应数据给结构模态参数识别带来一定的困难。本文采用峰值法、频域分解法、PolyMAX法以及基于数据的随机子空间法等四种识别方法对安庆铁路桥进行模态参数识别,并将识别结果同有限元计算结果进行分析比较。论文研究四种识别方法的适用性及可靠性,并分析安庆铁路长江大桥的自振特性,论文研究具有重要的理论意义和工程实用价值。论文的主要内容和结论如下：1.结合设计图纸,建立了比较精细化的全桥空间有限元模型,并进行理论模态分析,得到了较为完整的理论模态结果,为进行环境振动试验和实测数据分析识别做准备。2.系统的介绍了峰值拾取法、频域分解法、多参考点最小二乘复频域法和随机子空间法的理论方法,并基于Matlab平台编程实现了各识别方法。利用编写的程序识别了安庆铁路长江大桥的模态参数,获得了四种方法下的实测模态。3.将理论模态与四种实测模态进行比较分析,验证各识别方法的可靠性、适用性,并对各方法进行评价。结果表明,四种方法均可应用于桥梁环境振动模态参数识别,且效果良好,但各有优缺点。4.四种方法所得到的频率识别结果比较一致,但阻尼比识别结果则存在一定的离散性；由于大跨度斜拉桥所表现出的“密频”特征,峰值法和频域分解法的特征频率的选取有一定的难度,容易出现模态遗漏,而PolyMAX法和随机子空间法则可能借助稳定图,得到较为真实的结构模态。在实际应用中可将这几种方法互为补充的共同确定,以获得比较正确的结构模态参数。
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图片说明： （１０１．５＋１８８．５＋５８０＋２１７．５＋１邋巧．５＋１１６．０）邋ｍ＝１３６３ｒａ邋的双塔Ｈ主巧Ｈ索面钢衔梁斜逡逑拉桥。逡逑图３．１安庆铁路长江大桥效果图逡逑Ｆｉｇ．邋３．１邋Ｄｅｓｉｇｎ邋ｓｋｅｂｈ邋ｏｆ邋Ａｎｑｉｎｇ邋ｒａｉｌｗａｙ邋Ｂｒｉｄｇｅ逡逑ｊｉ逦}逡逑逦１３６５逦逡逑１０１．５逦１８８．５邋Ｉ逦ｍ逦邋２１７．５逦１５９．５逦１１６逡逑ＪＸ｜邋＾逦ｉＪ逡逑图３．邋２安庆铁路长江大桥总体布us图逡逑Ｆｉｇ．邋３．２邋Ｐｌａｎ邋ａｎｄ邋ｅｌｅｖａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋Ａｎｑｉｎｇ邋ｒａｉｌｗａｙ邋目邋ｒｉｄｇｅ逡逑３１逡逑
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图片说明： 用ＣＯＭＢＩＮ１４单元模拟，其弹灻的刚度系数根据支座类型选取；斜拉索错固端逡逑的错头及桥面板上的道巧石采用ＭＡＳＳ２１质量单元模拟，等效施加到各个相逡逑应的节点上。建立了比较理想和完备的模态分析有限元模型，如图３．５所示。逡逑图３．邋５安庆铁路长江大桥Ａｎｓｙｓ有限元模型逡逑Ｆｉｇ．邋３．５邋Ａｎｓｙｓ邋打打ｉｔｅ邋ｅｌｅｍｅｎｔ邋ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｂｒｉｄｇｅ逡逑３．２．２有限元模态分析逡逑有限元模态分析，即理论模态分析，主要是运用有限元法对结构进行离散并逡逑建立含有系统特征值问题的动为学模型，，运用合适的数值求解方法（如Ａｎｓｙｓ逡逑中提供了邋Ｂｌｃｘ；ｋＬａｎｃｚｏｓ法、子空间法、Ｈｏｕｓ油ｏｌｄｅｒ法等等）求解系统特征值和逡逑３３逡逑
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U446

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本文编号：2513189