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本文主要研究基于连续动应变响应分析结构在正常运营状态下真实动态行为,采用理论推导、数值模拟、实验室基于动应变的模态实验、实际工程中基于连续动应变的结构动态参数跟踪等方法,揭示运营状态下结构的动态特性与机理,验证利用动应变进行长期监测的可行性和有效性。 利用有限元单元法对线弹性结构应变模态参数识别理论进行详细的推导,同时阐述应变模态同位移模态和曲率模态之间的关系。利用应变与位移的关系构建应变离散状态空间方程,采用协方差驱动的随机子空间法,获得关于应变的系统矩阵和观测矩阵,进而求取结构的模态参数,利用仿真信号验证了利用动应变识别的正确性。 利用稳态图自动获取结构的模态参数,通过设定评判准则,有效分离稳定点和噪音点,获取结构的模态参数,以滨州黄河大桥缩尺模型和实验室风机模型的动应变采集试验为基础,通过对测量信号自动模态参数识别,结果表明在环境噪声干扰的情况下,与加速度测试结果相比,应变模态参数识别取得了较好的结果,频率识别的误差不超过5%,而获得的应变模态结果与数值模拟结果的MAC值在0.9以上。 通过连续的动应变监测数据,详细研究风机结构的振动特性和跨大沙河人行桥在施工阶段和运营状态的结构模态参数的变化情况。为了准确识别大型风机在运营状态的真实结构行为,本文利用5MW风机两年内风塔的动应变监测数据,通过自动运营模态分析方法对连续动应变响应进行分析,自动识别风塔结构动态参数。通过绘制结构频率和叶片转速的坎贝尔(Campbell)图,获得了运营状态下因叶片质量不平衡引起的转频激励1P和叶片扫过风塔产生激励频率3P以及谐振频率3kP,当激励频率3P与结构基频重合时,产生了共振,应变变化幅值明显提升。 通过对大沙河人行桥的六个月的动应变监测,采用自动运营模态分析技术,得出施工阶段和正常使用阶段大沙河桥频率的变化,详细研究结构的应变和其模态参数随着结构的调整、温度变化的相关关系,结果表明结构的应变与温度之间呈现相关关系,而结构的频率与温度的相关关系受支座调整因素的影响,频率的整体波动在±4%左右。