強(qiáng)-臺(tái)風(fēng)下大跨斜拉橋非平穩(wěn)抖振實(shí)測(cè)及模態(tài)參數(shù)識(shí)別研究.pdf

1、由于跨越能力強(qiáng)、造型美觀等優(yōu)點(diǎn)，斜拉橋在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。隨著斜拉橋跨度的不斷增大，結(jié)構(gòu)剛度將逐漸減小，對(duì)風(fēng)荷載的敏感度隨之增加。強(qiáng)/臺(tái)風(fēng)作用下大跨度橋梁抖振響應(yīng)及橋址區(qū)風(fēng)場(chǎng)特性現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)研究具有重要的理論和實(shí)際意義，可用于檢驗(yàn)現(xiàn)有橋梁抖振響應(yīng)計(jì)算理論、確定橋梁抖振計(jì)算中的關(guān)鍵影響因素等。已有部分實(shí)測(cè)研究表明，強(qiáng)/臺(tái)風(fēng)氣候條件下的風(fēng)速具有較為明顯的非平穩(wěn)特征，與傳統(tǒng)橋梁風(fēng)工程中常用的平穩(wěn)隨機(jī)風(fēng)速假設(shè)存在差別。同時(shí)，在非平穩(wěn)風(fēng)荷載的

2、作用下，大跨斜拉橋的結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)也會(huì)表現(xiàn)出非平穩(wěn)特性。然而，強(qiáng)/臺(tái)風(fēng)的非平穩(wěn)風(fēng)特性及大跨斜拉橋非平穩(wěn)抖振響應(yīng)實(shí)測(cè)研究相對(duì)較少。本文以2008年建成通車時(shí)的世界第一大跨度斜拉橋----蘇通大橋?yàn)楣こ瘫尘?，基于大橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(SHMS)采集的風(fēng)特性及結(jié)構(gòu)響應(yīng)數(shù)據(jù)，采用小波變換(WT)、希爾伯特黃變換（HHT）、概率統(tǒng)計(jì)等方法進(jìn)行了強(qiáng)/臺(tái)風(fēng)下橋址區(qū)非平穩(wěn)風(fēng)特性、大跨斜拉橋非平穩(wěn)抖振實(shí)測(cè)響應(yīng)、模態(tài)參數(shù)識(shí)別及其演變規(guī)律等方面的研究。

3、　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴強(qiáng)/臺(tái)風(fēng)期間橋址區(qū)風(fēng)速和結(jié)構(gòu)抖振響應(yīng)的平穩(wěn)性檢驗(yàn)?；趶?qiáng)/臺(tái)風(fēng)期間該橋SHMS的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，采用游程檢驗(yàn)法分析了橋址區(qū)風(fēng)速及結(jié)構(gòu)抖振響應(yīng)的平穩(wěn)性，研究表明實(shí)測(cè)風(fēng)速及抖振響應(yīng)均具有一定的非平穩(wěn)特征，有必要開(kāi)展強(qiáng)/臺(tái)風(fēng)期間橋址區(qū)風(fēng)速和結(jié)構(gòu)抖振響應(yīng)的非平穩(wěn)特性研究。⑵強(qiáng)/臺(tái)風(fēng)期間基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的平穩(wěn)風(fēng)速模型和非平穩(wěn)風(fēng)速模型對(duì)比研究。以臺(tái)風(fēng)“達(dá)維”、“?？奔岸緩?qiáng)北風(fēng)期間橋址區(qū)實(shí)測(cè)風(fēng)速數(shù)據(jù)為研究對(duì)象，基于平穩(wěn)風(fēng)速模型和非

4、平穩(wěn)風(fēng)速模型分別求解了平均風(fēng)速、紊流強(qiáng)度、陣風(fēng)因子、紊流風(fēng)速功率譜密度等風(fēng)特性參數(shù)，并對(duì)兩種計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比研究，結(jié)果表明，由于時(shí)變趨勢(shì)項(xiàng)的引入，非平穩(wěn)風(fēng)速模型可更好地表征實(shí)測(cè)強(qiáng)/臺(tái)風(fēng)風(fēng)特性。⑶強(qiáng)/臺(tái)風(fēng)期間橋址區(qū)脈動(dòng)風(fēng)速和結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)的非平穩(wěn)性分析。采用基于小波變換的演變功率譜密度(EPSD)估計(jì)方法，分析了強(qiáng)/臺(tái)風(fēng)期間橋址區(qū)脈動(dòng)風(fēng)速和結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)的非平穩(wěn)特性，并將EPSD均值與傳統(tǒng)基于傅里葉變換的功率譜值進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了EPSD

5、估計(jì)的可靠性。所得EPSD直觀地展示了實(shí)測(cè)脈動(dòng)風(fēng)速和結(jié)構(gòu)振動(dòng)加速度能量的時(shí)頻分布。結(jié)果表明，脈動(dòng)風(fēng)能量在時(shí)域和頻域內(nèi)的變化均較明顯;主梁的振動(dòng)能量也有明顯的時(shí)變特征，但其能量主要集中在幾個(gè)特定的頻帶內(nèi)。⑷臺(tái)風(fēng)期間大跨度斜拉橋抖振響應(yīng)全過(guò)程實(shí)測(cè)研究。利用SHMS在臺(tái)風(fēng)“達(dá)維”、“?？逼陂g測(cè)得的橋址區(qū)風(fēng)速和結(jié)構(gòu)振動(dòng)加速度響應(yīng)，采用時(shí)頻分析和統(tǒng)計(jì)方法，研究了大橋主梁、斜拉索和主塔等關(guān)鍵構(gòu)件振動(dòng)加速度響應(yīng)的相關(guān)特性，包括加速度響應(yīng)RMS與風(fēng)速

6、之間的關(guān)系和加速度響應(yīng)的頻譜特性。其中，采用峰值法識(shí)別了大橋主要模態(tài)的自振頻率，并將其與有限元計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。研究結(jié)果表明該橋SHMS實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，并可為修正現(xiàn)有抖振計(jì)算理論提供實(shí)測(cè)參考。⑸臺(tái)風(fēng)期間大跨度斜拉橋模態(tài)參數(shù)及其演變規(guī)律研究。以臺(tái)風(fēng)“達(dá)維”和“?？逼陂g大橋主梁跨中截面實(shí)測(cè)加速度響應(yīng)為分析對(duì)象，分別采用希爾伯特黃變換和小波變換對(duì)該橋模態(tài)參數(shù)進(jìn)行了識(shí)別，并探討了風(fēng)速對(duì)大橋模態(tài)參數(shù)的影響。研究結(jié)果可為該橋有限元模型修正及強(qiáng)/