环境激励下房屋建筑阻尼比的识别方法.pdfVIP

第39卷 第6期 西 安 建 筑 科 技 大 学 学 报(自然科学版) VoL 39 No．6 2007年12月 J．Xi’an Univ．of Arch．＆ Tech．(Natural Science Edition) Dec．2007 环境激励下房屋建筑阻尼比的识别方法 张之颖 ，谭高铭 ，吕西林 (1．西安交通大学人居SI2程与建筑学院，陕西 西安 710049；2．同济大学土木工程防灾国家重点实验室，上海 200092) 摘 要：阻尼比是结构动力分析的重要参数之一，阻尼比的准确取值是结构动力响应准确分析的前提．由于阻 尼机理非常复杂，对阻尼比的取值一般通过实测得到．传统的模态参数识别方法同时需要已知激励和响应信 号，但对实际建筑结构，激励施加存在困难．探讨了基于环境激励下的模态识别方法，利用环境激励下的结构 振动响应数据，探讨了采用随机减量法和ITD(Ibrahim Time Domain)法相结合，有效地识别实际建筑结构的 模态参数的方法．工程实例识别结果表明，该方法不仅能准确识别出结构的模态频率，也能相对准确地得到结 构的模态阻尼比． 关键词：阻尼比；环境激励；随机减量法；ITD 中图分类号：TU311．3 文献标识码：A 文章编号：1006—7930(2007)06—0767—06 阻尼比是结构的模态参数之一，传统的模态参数识别方法的特点是需要同时利用激励和响应信号 来求得频率响应函数或脉冲响应函数，再根据这些函数推导出系统的频率、振型和阻尼比．但对于房屋、 桥梁这些大型结构，激励是不容易施加的．而环境激励下结构模态参数识别方法则不需测量输入，直接 利用环境激励下的结构振动响应数据进行模态参数识别．与传统的模态参数识别方法相比，其特点是不 依赖激励信号，不必对结构施加激励，安全节省，并能反映结构在正常服役条件下的模态参数 ]． 在实测动力参数中，一般阻尼比是一个不易准确获得的参数．虽然迄今为止，基于环境激励下阻尼 比的识别问题 已提出了不少方法，如：对数衰减法、半功率带宽法、随机减量法、Next法、ITD法、谱 曲线拟合法、最大熵估计法、小波变换法、希尔伯特一黄变换法，时间序列法和随机子空间法等，但其中 工程实践运用性较强的方法很少．本文将改进随机减量法r3 和ITD法 相结合，对实际建筑结构的阻 尼比进行识别，论述了该方法的基本原理和主要步骤，通过工程实例，证明了该方法的有效性，为阻尼比 的较准确地识别提供了参考方法． 1 随机减量法及其改进 1．1 随机减量法原理 随机减量法是振动系统在运行的情况下不依赖激励信号，仅根据实测响应去识别固有动态特性参 数的技术．它利用随机信号的平均值接近于零这一特点，从线性振动系统的平稳随机样本函数中提取在 一 定初始条件下的自由衰减振动信号． 对于一个N自由度的线性阻尼系统，其运动微分方程为： [M]{ (￡))+[C]{主(￡))+[K]{ (￡))一{厂(￡)) (1) 其中-[M]为质量矩阵；[c]为阻尼矩阵；[K]为刚度矩阵；{ (f)}为结构的位移；{厂(￡))为均值为零的 随机激励． 引入符号算子： L —M d2+c d+K 收稿日期：2007—07—18 基金项目：土木工程防灾国家重点实验室重点基金项目(2005一A一02) 作者简介：张之颖(1962一)，女，博士，副教授，主要从事土一结构相互作用方面的研究工作． 768 西 安 建 筑 科 技 大 学 学 报(自然科学版) 第39卷 Ln L12 L21 L22 则(1)式可表示为： (2) LM LN2 … 即：