【摘要】：橋梁結(jié)構(gòu)在服役期間產(chǎn)生的響應(yīng)信號不僅是時變和非平穩(wěn)的,更具有模態(tài)密集性。然而,現(xiàn)有的時變結(jié)構(gòu)參數(shù)識別方法大都是時不變結(jié)構(gòu)的相關(guān)概念基于“凍結(jié)時間”思想的推廣,忽略了系統(tǒng)參數(shù)隨時間變化(變化速率)的影響。不僅如此,橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的密集信號也使得傳統(tǒng)的信號分析方法在應(yīng)用時遇到了很大的困難。為此,本文針對橋梁結(jié)構(gòu)中存在的時變、非漸進和密集模態(tài)響應(yīng)信號,在現(xiàn)有信號處理方法上進行改進,提出了多種適用于橋梁結(jié)構(gòu)響應(yīng)信號的改進模態(tài)參數(shù)識別方法,并通過多個數(shù)值算例與時變結(jié)構(gòu)試驗驗證了所提出方法的有效性和準確性。本論文的主要研究內(nèi)容與創(chuàng)新之處如下:(1)將變分模態(tài)分解方法引入土木工程領(lǐng)域以解決同步擠壓小波變換無法準確識別頻率相近多分量模態(tài)信號的缺陷,由此發(fā)展了了變分模態(tài)分解和同步擠壓小波變換相結(jié)合的瞬時頻率識別方法,同時通過數(shù)值算例和一個時變拉索試驗驗證了該方法的準確性和有效性。(2)針對標準同步擠壓小波變換算法在T間尺度上的擴散問題,提出一種能同時提高時域和頻域精度的改進同步擠壓小波變換方法。通過引入解析模態(tài)分解定理和遞歸希爾伯特變換以提高該算法識別非漸進、密集模態(tài)響應(yīng)信號的能力,然后通過對信號局部區(qū)域而非整個時頻區(qū)域的小波系數(shù)進行擠壓從而提高了瞬時頻率識別結(jié)果的時頻精度。最后通過設(shè)計一個懸臂梁質(zhì)量突變試驗驗證該方法的有效性。(3)提出改進反余弦算法。改進反余弦算法摒棄以往通過希爾伯特變換構(gòu)造解析信號求瞬時頻率的做法,轉(zhuǎn)而通過對時間軸進行分段并求反余弦函數(shù),從而得到結(jié)構(gòu)響應(yīng)信號的瞬時相位,最后通過瞬時頻率的定義求解瞬時頻率。
【圖文】：

年的重慶紅泥石拱橋由于超載現(xiàn)象頻發(fā)從而導致發(fā)生橋梁的主跨垮塌；２０１２年逡逑哈爾濱陽明灘大橋因大貨車嚴重超載引橋發(fā)生了匝道傾覆、車輛翻落地面的嚴重逡逑事故等。圖１－１為近年來幾座發(fā)生嚴重事故的橋梁。隨著一大批結(jié)構(gòu)更為復雜、逡逑跨度更長的橋梁不斷建成，如何有效地評判結(jié)構(gòu)在服役期間的可靠性并對未來可逡逑能發(fā)生的結(jié)構(gòu)破壞進行及時預(yù)警，已經(jīng)成為了國際上土木工程領(lǐng)域的熱點研宄方逡逑向［２１。而工作狀態(tài)下的橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)識別結(jié)果無疑能對結(jié)構(gòu)狀態(tài)的評判提供指導逡逑性的建議，從而為保障結(jié)構(gòu)的安全性、完整性、適用性和耐久性并減少重大經(jīng)濟逡逑損失，避免災(zāi)難性悲劇發(fā)生。逡逑服役期間橋梁結(jié)構(gòu)的響應(yīng)信號本質(zhì)上是時變和非穩(wěn)態(tài)的［３１。如列車通過橋梁逡逑時，列車和橋梁組成一個新的具有移動質(zhì)量的系統(tǒng)，系統(tǒng)的質(zhì)量分布和剛度分布逡逑隨列車位置的移動而不斷發(fā)生變化；風與車輛等變化荷載引起斜拉橋的索力變化，逡逑導致拉索剛度的時變；橋梁結(jié)構(gòu)長期運營過程中發(fā)生累積損傷導致剛度退化等，逡逑均會異致結(jié)構(gòu)特征參數(shù)隨T間變化。在過去很長的一段時間里

，，，逡逑噪聲強度Ｅｔ丨信噪比（ＳｉｇｎａｌＮｏｉｓｅ邋Ｒａｔｉｏ，邋ＳＮＲ）定義，如式（２－４）所Ｗ。逡逑ＳＮＲ邋＝邋１０１ｏｇ１０＾＾邋（單位：ｄＢ）邐（２－４）逡逑Ａｎｏｉｓｅ逡逑式中，‘ｇｎａｉ和分別代表信號和噪聲的均方根值，噪聲水平是指＜—與逡逑４ｉｇｎａｉ之間的比值。當施加的噪聲水平為２０％T，ＳＮＲ＝７ｄＢ。逡逑添加２０％噪聲水平后的多分量調(diào)頻信號如圖２－２所示。對多分Ｍ模擬信號逡逑ｘ（ｔ）進行ＥＭＤ分解，共得到１０個ＩＭＦ分量。為簡單起見，圖２－３中只給出了逡逑前兩階ＩＭＦ分量的波形圖，并將其與理論分Ｍ進行對比。從圖２－３（ａ）中可以看出，逡逑經(jīng)過ＥＭＤ分解得到的第一個丨ＭＦ分量的變化趨勢與理論值基本吻合，但分解精逡逑度較差。不僅如此，噪聲的存在也使得ＩＭＦ分攝？在多處出現(xiàn)毛刺。值得注意的逡逑是，第二個ＩＭＦ分量是根據(jù)式（２－２）對扣除第一個ＩＭＦ分量后的差值函數(shù)／７｜進行逡逑篩分取得。因此，第一個ＩＭＦ分量的識別誤差必然影響到第二個ＩＭＦ分量的識逡逑另ＩＪ。圖２－３（ｂ）中所示的第二個丨ＭＦ分Ｉｔ識別值與理論值存在的較大偏差也證明了逡逑ＥＭＤ并不適用于密集模態(tài)多分量信號的分解。逡逑
【學位授予單位】：福建農(nóng)林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U446

【參考文獻】

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本文編號：2619362