工程结构模态参数识别研究报告.doc

工程结构模态参数识别研究综述 摘要：关键词：；； State-of-the-art review of engineering structures modal parameter identification Abstract: Engineering structures are often affected by dynamic load, Therefore, the dynamic design must be considered in a structural design, to prevent the structure from damage under dynamic load. According the modal parameter identification research of domestic and international researcher, review and summarize the structural modal parameter identification methods. And point out some problems at this stage. Key words: Engineering structures; dynamic load; model; parameter identification 1 引言 近年来，我国经济的快速发展，使得新的土木工程结构大量涌现，一些复杂的大型工程结构也应运而生，工程结构的安全性愈来愈重要。传统的结构分析理论主要是通过对强度、稳定性等方面展开研究，从而确保结构设计的安全性和可靠性。在工程结构建成以后进行静载试验，了解其在试验荷载作用下的实际工作状态，测定结构的强度、刚度等是否满足设计要求和使用要求，现阶段有关此类静力设计的理论已达到了相当成熟的水平。然而仅靠对结构精确的静力设计和静载试验并不能保证结构的安全可靠性，因为土木工程结构的工作环境等原因，使得结构常常要承受大量的动力荷载，例如风荷载、地震作用、车辆荷载等，对于桥梁结构而言，还要承受水流的冲击荷载和交通荷载。随着工程结构的复杂化，大跨、高耸结构的日益增多，由于动力荷载引起的破坏也越来越多，如图1所示为1940年塔科马大桥在风荷载下引起的动力破坏。由此可见，结构的静力特性并不能全面准确反映结构的特性，必须结合动力设计以确保结构在动力荷载下不发生破坏。对土木工程结构进行全面的检测、评估和健康监测，就需要充分了解土木工程结构的动力特征参数，对工程结构进行模态分析就显得尤为重要，为此本文结合国内外学者对于模态分析研究成果，综述了模态参数识别的进展情况。 图1 塔科马大桥风毁事故 2 模态参数识别概述 模态参数识别是模态分析的主要内容之一，识别方法[1]一般可分为传统的结构模态参数识别方法和环境振动下的模态参数识别方法。传统的模态参数识别方法特点是采用人工激励、同时利用激励信号和响应信号进行参数识别。环境振动下的模态参数识别方法是利用自然振动，仅根据系统的响应就可进行结构的参数识别。 2.1 传统的结构模态参数识别 传统的模态参数识别分类及其方法，见下表1. 表1传统的模态参数识别分类及其方法 分类 应用域 计算过程 求解模态对象 使用激励和响应的数目 方法 频域方法 物理参数识别和模态参数识别 单自由度方法 单入单出识别法和单入多出识别法 时域方法 非参数识别方法 多自由度方法 多入多出识别法。 尽管传统的人工激励模态参数识别方法应用于结构工程中已经相对成熟，但该方法有一些显而易见的缺点： 由于需要人工激励，则需增加复杂昂贵的激振设备以及外围仪器； 过大的激振力也会对结构造成损伤； 如果要使用多入多出识别方法对土木结构进行模态参数识别，成本高； 最主要的是，测试过程需要停止结构的正常使用。 2.2环境激励模态参数识别 环境激励是一种天然的激励方式，它无须贵重的激励设备，不中断结构的正常使用，方便省时等，因此，近年来环境激励下结构模态参数识别逐渐成为研究大型工程结构的主要手段。该方法直接利用自然环境激励，仅根据系统的响应进行模态参数识别的方法，与传统模态识别方法相比，具有显著的优点[2]： 无须贵重的激励设备对结构进行人工激励，直接采用车辆、行人、风及其组合等作用于结构上的环境或自然激励的响应数据进行参数识别，费用低廉。 由于环境激励下结构模态参数识别方法不需要人工激励，大大节省了测试时间。 安全性好。人工激励只能对结构的局部实施，有可能对结构造成损伤，激励的能量越大，出现损伤的可能性越大。而环境激励则不存在这种问题。 不影响结构的正常工作。传统方法在进行试验时，为了实施人工激励、减少干扰，需要停止结构的使用。环境激励下模态参数识别方法仅需要