【摘要】：橋梁結(jié)構(gòu)在服役期間產(chǎn)生的響應(yīng)信號(hào)不僅是時(shí)變和非平穩(wěn)的,更具有模態(tài)密集性。然而,現(xiàn)有的時(shí)變結(jié)構(gòu)參數(shù)識(shí)別方法大都是時(shí)不變結(jié)構(gòu)的相關(guān)概念基于“凍結(jié)時(shí)間”思想的推廣,忽略了系統(tǒng)參數(shù)隨時(shí)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(hào)也使得傳統(tǒng)的信號(hào)分析方法在應(yīng)用時(shí)遇到了很大的困難。為此,本文針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)中存在的時(shí)變、非漸進(jìn)和密集模態(tài)響應(yīng)信號(hào),在現(xiàn)有信號(hào)處理方法上進(jìn)行改進(jìn),提出了多種適用于橋梁結(jié)構(gòu)響應(yīng)信號(hào)的改進(jìn)模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法,并通過(guò)多個(gè)數(shù)值算例與時(shí)變結(jié)構(gòu)試驗(yàn)驗(yàn)證了所提出方法的有效性和準(zhǔn)確性。本論文的主要研究?jī)?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(wú)法準(zhǔn)確識(shí)別頻率相近多分量模態(tài)信號(hào)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(shí)頻率識(shí)別方法,同時(shí)通過(guò)數(shù)值算例和一個(gè)時(shí)變拉索試驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的準(zhǔn)確性和有效性。(2)針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)同步擠壓小波變換算法在T間尺度上的擴(kuò)散問(wèn)題,提出一種能同時(shí)提高時(shí)域和頻域精度的改進(jìn)同步擠壓小波變換方法。通過(guò)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(shí)別非漸進(jìn)、密集模態(tài)響應(yīng)信號(hào)的能力,然后通過(guò)對(duì)信號(hào)局部區(qū)域而非整個(gè)時(shí)頻區(qū)域的小波系數(shù)進(jìn)行擠壓從而提高了瞬時(shí)頻率識(shí)別結(jié)果的時(shí)頻精度。最后通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)懸臂梁質(zhì)量突變?cè)囼?yàn)驗(yàn)證該方法的有效性。(3)提出改進(jìn)反余弦算法。改進(jìn)反余弦算法摒棄以往通過(guò)希爾伯特變換構(gòu)造解析信號(hào)求瞬時(shí)頻率的做法,轉(zhuǎn)而通過(guò)對(duì)時(shí)間軸進(jìn)行分段并求反余弦函數(shù),從而得到結(jié)構(gòu)響應(yīng)信號(hào)的瞬時(shí)相位,最后通過(guò)瞬時(shí)頻率的定義求解瞬時(shí)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(dǎo)致發(fā)生橋梁的主跨垮塌；２０１２年逡逑哈爾濱陽(yáng)明灘大橋因大貨車嚴(yán)重超載引橋發(fā)生了匝道傾覆、車輛翻落地面的嚴(yán)重逡逑事故等。圖１－１為近年來(lái)幾座發(fā)生嚴(yán)重事故的橋梁。隨著一大批結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜、逡逑跨度更長(zhǎng)的橋梁不斷建成，如何有效地評(píng)判結(jié)構(gòu)在服役期間的可靠性并對(duì)未來(lái)可逡逑能發(fā)生的結(jié)構(gòu)破壞進(jìn)行及時(shí)預(yù)警，已經(jīng)成為了國(guó)際上土木工程領(lǐng)域的熱點(diǎn)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(shí)別結(jié)果無(wú)疑能對(duì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)的評(píng)判提供指導(dǎo)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(jì)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(hào)本質(zhì)上是時(shí)變和非穩(wěn)態(tài)的［３１。如列車通過(guò)橋梁逡逑時(shí)，列車和橋梁組成一個(gè)新的具有移動(dòng)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(dòng)而不斷發(fā)生變化；風(fēng)與車輛等變化荷載引起斜拉橋的索力變化，逡逑導(dǎo)致拉索剛度的時(shí)變；橋梁結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中發(fā)生累積損傷導(dǎo)致剛度退化等，逡逑均會(huì)異致結(jié)構(gòu)特征參數(shù)隨T間變化。在過(guò)去很長(zhǎng)的一段時(shí)間里

，，，逡逑噪聲強(qiáng)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(hào)和噪聲的均方根值，噪聲水平是指＜—與逡逑４ｉｇｎａｉ之間的比值。當(dāng)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(hào)如圖２－２所示。對(duì)多分Ｍ模擬信號(hào)逡逑ｘ（ｔ）進(jìn)行ＥＭＤ分解，共得到１０個(gè)ＩＭＦ分量。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，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(jìn)行對(duì)比。從圖２－３（ａ）中可以看出，逡逑經(jīng)過(guò)ＥＭＤ分解得到的第一個(gè)丨ＭＦ分量的變化趨勢(shì)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?jǐn)z？在多處出現(xiàn)毛刺。值得注意的逡逑是，第二個(gè)ＩＭＦ分量是根據(jù)式（２－２）對(duì)扣除第一個(gè)ＩＭＦ分量后的差值函數(shù)／７｜進(jìn)行逡逑篩分取得。因此，第一個(gè)ＩＭＦ分量的識(shí)別誤差必然影響到第二個(gè)ＩＭＦ分量的識(shí)逡逑另ＩＪ。圖２－３（ｂ）中所示的第二個(gè)丨ＭＦ分Ｉｔ識(shí)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(hào)的分解。逡逑
【學(xué)位授予單位】：福建農(nóng)林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U446

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2619362