自激非平稳振动数据驱动的拉索动力性能表征

作     者：赵瀚玮 丁幼亮 李爱群 张小楠 王智文 ZHAO Han-wei;DING You-liang;LI Ai-qun;ZHANG Xiao-nan;WANG Zhi-wen

作者机构：东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室江苏南京210096 东南大学土木工程学院江苏南京210096 北京建筑大学北京未来城市设计高精尖创新中心北京100044 深圳高速工程顾问有限公司广东深圳518049 

出 版 物：《振动工程学报》 (Journal of Vibration Engineering)

年 卷 期：2024年第37卷第4期

页      面：539-547页

核心收录：

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2021YFF0500900) 国家自然科学基金资助项目(52378288,52008099,51978154) 江苏省自然科学基金资助项目(BK20200369,BK20190013) 中央高校基本科研业务费专项资金项目(2242022k30031,2242022k3003) 

主　　题：结构健康监测 桥梁拉索 自激振动 动力性能表征 非平稳行为 

摘      要：跨海斜拉桥的拉索在非极端风环境下会产生自激振动,基于现代监测与数据分析技术可即时把握拉索自激振动的数字特征,并以此反映拉索的实时动力性能。根据某跨海大桥主航道斜拉桥拉索振动加速度长期监测数据中的共性特征,提出基于振动加速度时间序列信号上包络线高斯混合模型和频域功率谱的拉索风致自激振动非平稳段自动提取方法。提出基于各自激振动非平稳时间序列进行主导频率识别,并采用带通滤波后的最后1个下降段数据进行阻尼比识别的策略,排除了振动幅值上升段环境风自然激励带入能量对阻尼比识别的干扰。基于各自激振动非平稳段主导频率-阻尼比的识别结果,通过对频率值进行聚类,得到各阶模态对应的模态频率-阻尼比数据簇。根据阻尼比数据的离散、偏态特征提出采用对数正态分布模型的e^(μ)和其累积分布函数的分位值来描述拉索阻尼比统计规律。采用各数据簇的频率质心以及阻尼比概率特征参数作为表征拉索动力性能当前状态的指标。针对背景工程的主要结论包括:桥梁拉索振动加速度信号噪声强、干扰大,在动力特征分析时须排除类似干扰;桥梁拉索的自激振动加速度幅值最高已超过3000 mm/s^(2),振动幅度较大;桥梁拉索的阻尼比平均水平约为0.03%,与设计规范推荐值相比偏低。