一种结构参数识别的两阶段方法

针对测量信息不完备的剪切型结构 ,建立了一种两阶段系统识别的复合反演方法 ,这种方法包括两部分 :子结构地震动反演和结构参数识别。首先 ,选取可观测的子结构 ,利用一维地震动作用于结构的力学特性 ,将子结构动力方程的有限元列式进行变换 ,得到适合于最小二乘法的简单形式 ,解决了测量信息不完备及结构参数未知条件下的地震动反演问题。其次 ,根据子结构反演得到的地震动输入 ,采用结构参数时域识别技术中的加权整体迭代 -广义卡尔曼滤波器方法 ,成功地识别出了有限测量条件下单元水平结构参数     

内部荷载作用下圆柱形孔洞的动力响应解答

考虑土与衬砌结构的动力相互作用,本文研究了内源荷载作用下,圆柱形孔洞的动力响应问题.将土体和衬砌结构视为弹性均匀介质,通过引入势函数将位移控制方程化为二维轴对称波动方程.采用拉普拉斯变换,得到土体及衬砌的位移应力的表达式.利用土体与衬砌结构之间的连续性条件和衬砌结构内边界上的边界条件,可确定表达式的未知系数.采用逆拉普拉斯变换的数值方法,给出了问题的数值解.分析了土中圆形衬砌结构的动力响应随土体和衬砌结构参数的变化规律.     

爆炸荷载作用下地下拱形结构动力响应样条小波有限元研究

采用小波有限元方法研究爆炸荷载作用下地下结构的动力响应,克服在模拟过程中由于材料的奇异性、地质条件的复杂性和加载的快速性出现的应力集中和计算效率低下,根据样条有限点法,构造了单向和双向区间B样条圆环扇形小波单元,用尺度函数作为插值函数;结合工程实例,通过Matlab软件编程对爆炸荷载作用地下拱形结构的动力响应进行了数值模拟,并与应用传统有限元程序模拟结果进行对比。结果表明,小波有限元用很少单元取得了较高的精度,计算效率比传统有限元提高一倍。     

未知集中荷载和风荷载共同作用下的结构识别问题研究

对同时作用有未知集中荷载和未知风荷载的剪切型结构的参数识别问题进行了研究。首先提出了直接消去法以解决顶部作用有集中未知荷载时程的剪切型结构的识别问题。对于仅作用未知风荷载的情况,使用简洁的直接代入方法识别结构参数。继而对同时作用有以上两种未知荷载的情况进行了研究。当相邻层的风载时程在时域上完全相关的假定成立时,结合直接消去法和直接代入法在识别出所有结构参数蹬同时反演出未知的集中荷载时程和风荷载时程。文后以文章的最后用仿真算例验证了所提算法的正确性,并对测量噪声对识别结果的影响进行了讨论。     

饱和土与衬砌动力相互作用的圆柱形孔洞内源问题解答

考虑饱和土与衬砌结构的动力相互作用,该文研究了内源荷载作用下圆柱形孔洞的动力响应问题.将饱和土体和衬砌结构分别视为流固耦合介质和弹性均匀介质,通过引入势函数将位移控制方程化为二维轴对称波动方程.采用拉普拉斯变换,得到饱和土体位移应力的表达式及衬砌的位移应力的表达式.利用土体与衬砌结构之间的连续性条件和衬砌结构内边界上的边界条件,确定表达式的未知系数.采用逆拉普拉斯变换的数值方法,给出了问题的数值解.分析了饱和土中圆形衬砌结构随土体和衬砌结构参数变化的动力响应规律.     

半空间饱和土中圆柱形衬砌内荷载引起的动力响应解答

地下衬砌结构经常会受到内部动荷载的作用,内荷载引起的衬砌结构的动应力集中备受关注.采用Laplace变换和波函数展开法,对半空间饱和土中均布突加荷载作用下圆柱形衬砌结构的动力响应进行了研究.以大半径凸圆弧来近似半空间表面,将半空间饱和土中的波动方程展开成无穷级数的形式,应用Graff加法公式进行坐标变换,根据连续条件和边界条件,确定波函数展开式中的未知系数,求得了半空间饱和土中均布突加荷载作用下圆柱形衬砌的动力响应解答,讨论了衬砌埋深对圆柱形衬砌动力响应的影响.该问题的求解,为地下结构的动力分析提供了一种有效方法.     

超高层建筑风荷载及风致响应的同步反演方法研究

基于离散型卡尔曼滤波及泰勒级数展开提出了一种超高层建筑风荷载的反演算法。该方法利用有限测量的结构响应能够实现结构未知风荷载及风致响应的同步实时反演。通过典型超高层建筑的风洞试验和现场实测结果验证了该方法的准确性。首先利用风洞试验得到的位移、速度、加速度响应反向识别了该超高结构的风荷载,系统地评估了结构模态参数误差、振动模态数、噪声水平等因素对风荷载反演的影响,发现新的反演算法对结构模态参数误差和测量噪声不敏感,考虑结构前四阶振动模态则可获得准确的荷载识别结果。并且基于台风期间实测位移响应识别了该超高结构的风荷载,实测位移反演的风荷载与风洞试验结果基本一致。研究结果表明,本文提出的反演方法是一种识别超高结构风荷载的有效工具。     

未知输入条件下的结构物理参数识别研究

研究在输入信息未知条件下识别结构物理参数的问题,根据建筑结构风荷载的作用特点,提出一类时域识别算法,用于高层建筑结构的结构物理参数识别     

基于荷载形函数的大跨桥梁结构移动荷载识别

大跨桥梁结构中的移动荷载识别是结构健康监测的重要组成部分之一,其作为动力学中的反问题,存在唯一性及稳定性等病态问题。本文首先推导出移动荷载作用下结构响应的卷积形式的离散公式,然后利用有限元理论中的形函数拟合移动荷载,推导出基于荷载形函数的移动荷载识别表达式。将移动荷载的识别转化为荷载形函数拟合系数的识别,降低了需要识别的未知量,减小了逆运算的计算量,消除或减弱逆问题病态性,并提高了计算效率。利用某大跨刚构-连续预应力混凝土桥梁修正后的有限元模型进行数值仿真,考虑路面粗糙度,由模态叠加法计算移动荷载作用下的响应;然后采用荷载形函数方法识别移动荷载,证明该方法在5%以下的噪声时能快速并精确识别复杂桥梁结构的移动荷载。     

基于无迹卡尔曼滤波的高层建筑风荷载反演

基于无迹卡尔曼滤波提出了一种高层建筑风荷载的反演算法，该方法利用有限测量楼层的风致响应数据，实时识别结构的未知风荷载和风致响应。通过典型高层建筑的风洞试验进行风荷载反演实例分析，验证了该方法的准确性和适用性，评估了模态参数误差、测量噪声水平对风荷载反演的影响。研究结果表明，文中提出的算法对模态参数误差不敏感，在一定噪声水平下反演的结果基本能够满足实际工程需要，该算法为实时评估高层建筑的风荷载和风致响应提供了有效的工具。     

高层建筑风荷载反演研究

本文研究了结构参数未知条件下的高层建筑风荷载反演问题,通过将平均风速的实测特性作为识别计算中的辅助条件,文中提出了一类荷载归一化统计平均方法,结合工程实例,进行了高层建筑风荷载反演分析,结果表明,本文建议方法可以在幅值、时程等方面均给出良好的风荷载反演结果,同时识别得到的结构参数具有良好的精度。从而为高层建筑风荷载研究提供了一条可行途径。     

人行荷载下梁式结构振动分析的DQ-IQ混合法

为了评估人行荷载作用下梁式结构的振动舒适度,利用微分求积-积分求积,即DQ-IQ混合法求解移动荷载作用下梁的振动响应。人行荷载作用下梁式结构的振动控制方程是含Dirac函数的偏微分方程,首先利用IQ法离散与时间相关的Dirac函数,再利用DQ法把控制方程转化为二阶常系数微分方程,最后利用Newmark算法求解微分方程。以某钢结构连廊为例,利用DQ法计算结构自振频率并与解析解进行对比,结果验证了节点选取和边界条件施加的合理性,再利用DQ-IQ混合法和振型叠加法分别计算了不同行走步频下连廊的响应,计算结果表明,DQ-IQ混合法具有较高的可靠性和精确性。DQ-IQ混合法也可以推广到诸如车辆荷载作用下路面或桥梁的动力响应等其他移动荷载下结构的振动分析。     

基于子结构的非线性参数系统动力反演方法研究

研究了输入、输出不完备情况下的非线性参数系统动力反演问题.将子结构技术与分解算法相结合,引入广义逆,无需迭代.直接求得待识别参数的极小范数最小二乘解,反演获得未知输入荷载.本文从理论上论证了该方法的收敛性和严格的适用条件,为有限测点条件下非线性参数系统的动力反演问题提供了一个较好的解决方法.与全量补偿算法相比,计算效率大大提高,具有广泛的工程实际应用前景.数值算例表明该方法具有很好的参数识别精度及荷载反演效果.     

人行荷载下梁式结构振动分析的DQ-IQ混合法

为了评估人行荷载作用下梁式结构的振动舒适度,利用微分求积-积分求积,即DQ-IQ混合法求解移动荷载作用下梁的振动响应。人行荷载作用下梁式结构的振动控制方程是含Dirac函数的偏微分方程,首先利用IQ法离散与时间相关的Dirac函数,再利用DQ法把控制方程转化为二阶常系数微分方程,最后利用Newmark算法求解微分方程。以某钢结构连廊为例,利用DQ法计算结构自振频率并与解析解进行对比,结果验证了节点选取和边界条件施加的合理性,再利用DQ-IQ混合法和振型叠加法分别计算了不同行走步频下连廊的响应,计算结果表明,DQ-IQ混合法具有较高的可靠性和精确性。DQ-IQ混合法也可以推广到诸如车辆荷载作用下路面或桥梁的动力响应等其他移动荷载下结构的振动分析。     

基于小波分析和变异系数的简支梁桥损伤识别

为了提高对桥梁结构损伤位置的识别精度及准确性,利用应变对结构局部损伤敏感的特性,提出了基于小波分析和变异系数的简支梁桥损伤识别新方法。在移动荷载作用下,对简支梁桥动态应变响应进行二进离散小波变换,将叠加在一起的多阶模态响应进行分离;根据差分法和统计参数,构建出低阶应变响应的变异系数双重曲率(Double Curvature of Variation Coefficient,DCVC)损伤指标。以简支梁桥作为研究对象,将所提方法通过有限元数值模拟和模型实验给予验证。研究结果表明:该方法成功摆脱了对健康结构响应数据的依赖,可以准确识别出简支梁桥不同位置不同程度的单处、多处损伤,且受移动荷载行驶速度的影响较小,在简支梁桥损伤识别研究中具有很好的识别效果。     

基于线性多点逼近的载荷识别方法

利用结构响应信息进行载荷识别是结构工程重要研究内容之一.本文提出了基于时空多点线性逼近的动载荷识别方法,利用特定的载荷基函数在空问和时间上多点线性组合逼近结构的未知荷载输入,实现结构载荷的参数化表达,使得载荷识别反问题归结为一个多点权重系数求解问题.所建立的识别方法不需要对结构模型预先进行模态分析,采用一个常系数矩阵对...     

基于振动响应相关性的简支梁桥损伤识别方法

针对已有的结构损伤识别方法需要已知结构损伤前的响应信息这种情况,尝试将提升小波变换与振动响应相关系数结合起来,提出一种不需要知道结构损伤前响应信息的简支梁桥结构损伤识别新方法。利用移动荷载激励作用下数值计算出的结构位移响应和经过提升小波变换处理后的位移响应,分别计算出相应的损伤指标,即位移响应相关系数曲率(Correlation Coefficient Curvature,CCC)。发现由提升小波变换处理后的位移响应计算出的损伤指标相对于直接利用位移响应计算出的损伤指标,损伤识别效果有很大提升,且基本不受车辆行驶速度的影响。通过对多种损伤工况下的简支梁桥的数值模拟和跨中损伤工况下的模型实验,证实了该损伤识别方法在结构损伤前响应信息未知的前提下,仍然具有可行性和有效性。     

移动荷载下路面板-层状多相弹性地基的稳态响应

考虑路面板和地基的相互作用,将路面板作为三维弹性体,建立路面板-层状多相弹性地基动力响应的三维多相层状弹性半空间体模型,分析了移动荷载作用下路面板-多相弹性地基系统的动力响应.将移动单元法引入到两相饱和弹性介质的半解析方法中,构造了随荷载按照相同速度运动的移动层单元,基于移动坐标下两相饱和弹性介质的动力控制方程和边界条件,应用加权残数法建立了两相弹性介质移动层单元动力方程,该方程可退化为单相弹性介质移动层单元动力方程,基于此,建立了移动荷载下多相弹性地基与路面板系统的三维动态响应的统一的半解析方程.并以两相饱和弹性半空间地基-单相弹性地基-路面板所形成的路面结构为例,数值分析了荷载速度、饱和层渗透系数、弹性层厚度等参数对路面板位移和土体孔压响应的影响.研究结果表明移动单元法是研究移动荷载下路面结构动态响应的一种有效的方法.     

基于小波多分辨滤波特性的结构损伤识别

小波分析作为一个很好的损伤识别工具,可以看作是传统傅立叶变换的扩展,小波变换采取了可调整的时频窗口,因此小波变换的优势是它具有了“可变焦”性能对局部信号进行多尺度的刻画。小波基的伸缩和平移系列,使小波变换可看作是一组带通滤波器。本文全面分析了小波变换多尺度带通滤波器特性以及在结构在线损伤识别中的应用。结构损伤的出现体现在结构物理参数的改变,相对应的动力响应信号将会产生局部时变特性。利用小波分析的多尺度带通滤波器在不同尺度下对结构振动信号作滤波分析。通过观察不同带宽内振动信号的时频变化来判断结构损伤的存在。     

移动荷载下单相弹性地基三维稳态响应

针对移动荷载对地基产生振动影响的问题,研究了移动荷载作用下弹性地基的动力响应。将移动单元法引入到单相弹性土介质的半解析方法中,构造了随荷载按照相同速度运动的移动层单元,基于移动坐标下弹性土介质的动力控制方程和边界条件,应用加权残数法建立了在移动荷载下单相弹性地基的三维动态响应半解析方程,将固定坐标下的动力问题转化为移动坐标下的拟静力问题。数值分析了荷载移动速度、地基阻尼等参数对地基动力响应的影响。本文工作表明,在半解析法中引入移动单元是研究移动荷载下单相介质动态响应的一种有效的方法。