索結(jié)構(gòu)中的模態(tài)作用研究

索結(jié)構(gòu)中的模態(tài)作用研究將從索結(jié)構(gòu)在簡(jiǎn)單激勵(lì)、復(fù)雜激勵(lì)條件下的多模態(tài)相互作用、索-梁組合結(jié)構(gòu)的模態(tài)作用、考慮模態(tài)作用下索結(jié)構(gòu)的全局分析等幾個(gè)方面展開(kāi)，由此對(duì)索結(jié)構(gòu)在考慮模態(tài)作用情況下的非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)進(jìn)行更深入的研究，包括非線(xiàn)性響應(yīng)、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性、分叉、混沌的研究，旨在進(jìn)一步發(fā)展索結(jié)構(gòu)的非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)，更加深入認(rèn)識(shí)索在考慮模態(tài)作用情況下的各種復(fù)雜運(yùn)動(dòng)性態(tài)，全面了解索結(jié)構(gòu)的各種運(yùn)動(dòng)性能的規(guī)律性。與此同時(shí)，以懸索為例對(duì)不同分析方法(直接法與離散法)在結(jié)構(gòu)非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)中的差別和影響進(jìn)行研究。從而更加豐富索結(jié)構(gòu)的非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)，為索結(jié)構(gòu)在工程實(shí)際中的廣泛應(yīng)用提供理論保證。同時(shí)為結(jié)構(gòu)非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)研究方法提供理論基礎(chǔ)。 2100433B

懸索結(jié)構(gòu)廣泛用于橋梁結(jié)構(gòu),用于房屋建筑則適用于大跨度建筑物,如體育建筑(體育館、游泳館大運(yùn)動(dòng)場(chǎng)等)、工業(yè)車(chē)間、文化生活建筑( 陳列館雜技廳、市場(chǎng)等)及特殊構(gòu)筑物等。

模態(tài)分析技術(shù)發(fā)展到今天已趨成熟，特別是線(xiàn)性模態(tài)理論（通常所說(shuō)的模態(tài)分析均是指線(xiàn)性模態(tài)分析）方面的研究已日臻完善，但在工程應(yīng)用方面還有不少工作可做。首先是如何提高模態(tài)分析的精度，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。增加模態(tài)分析的信息量是提高分析精度的關(guān)鍵，單靠增加傳感器的測(cè)點(diǎn)數(shù)目很難實(shí)現(xiàn)，目前提出的一種激光掃描方法是大大增加測(cè)點(diǎn)數(shù)的有效辦法，測(cè)點(diǎn)數(shù)目的增加隨之而來(lái)的是增大數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)的容量及提高分析處理速度，在測(cè)試方法、數(shù)據(jù)采集與分析方面還有不少研究工作可做。對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)空間模態(tài)的測(cè)量分析、頻響函數(shù)的耦合、高頻模態(tài)檢測(cè)、抗噪聲干擾等等方面的研究尚需進(jìn)一步開(kāi)展。模態(tài)分析當(dāng)前的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)是由線(xiàn)性向非線(xiàn)性問(wèn)題方向發(fā)展。非線(xiàn)性模態(tài)的概念早在1960年就由Rosenberg提出，雖有不少學(xué)者對(duì)非線(xiàn)性模態(tài)理論進(jìn)行了研究，但由于非線(xiàn)性問(wèn)題本身的復(fù)雜性及當(dāng)時(shí)工程實(shí)踐中的非線(xiàn)性問(wèn)題并示引起重視，非線(xiàn)性模態(tài)分析的發(fā)展受到限制。近年來(lái)在工程中的非線(xiàn)性問(wèn)題日益突出，因此非線(xiàn)性模態(tài)分析亦日益受到人們的重視。最近已逐步形成了所謂非線(xiàn)性模態(tài)動(dòng)力學(xué)。關(guān)于非線(xiàn)性模態(tài)的正交性、解耦性、穩(wěn)定性、模態(tài)的分叉、滲透等問(wèn)題是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。在非線(xiàn)性建模理論與參數(shù)辨識(shí)方面的研究工作亦是當(dāng)今研究的熱點(diǎn)。非線(xiàn)性系統(tǒng)物理參數(shù)的識(shí)別、載荷識(shí)別方面的研究亦已開(kāi)始。展望未來(lái)，模態(tài)分析與試驗(yàn)技術(shù)仍將以新的速度，新的內(nèi)容向前發(fā)展。

模態(tài)頻率、跨中豎向位移等監(jiān)測(cè)指標(biāo)隨運(yùn)營(yíng)環(huán)境作用的變化規(guī)律是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的研究熱點(diǎn)之一。本項(xiàng)目從周期性的角度系統(tǒng)研究了斜拉橋運(yùn)營(yíng)環(huán)境作用對(duì)模態(tài)頻率、跨中豎向位移的影響規(guī)律，提出了分離不同作用效應(yīng)的周期平均法，比較了不同作用效應(yīng)的相對(duì)影響程度，揭示了溫度、交通荷載對(duì)橋梁模態(tài)頻率變化的影響機(jī)理，建立了斜拉橋跨中豎向位移隨不同構(gòu)件溫度變化的簡(jiǎn)化分析模型，構(gòu)建了橋梁運(yùn)營(yíng)期性能變化監(jiān)測(cè)方法。研究表明：溫度和交通荷載是引起背景橋梁頻率變化的主要因素，它們的相對(duì)影響程度取決于周期。在年周期上，溫度的影響大于交通荷載，而在周周期和天周期上，交通荷載的影響更為顯著。因材料彈性模量隨溫度變化，溫度升高會(huì)引起橋梁各階頻率降低。交通荷載與低階頻率呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，但與部分高階頻率呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，其機(jī)理可通過(guò)附加彈簧–質(zhì)量系統(tǒng)做定性解釋。斜拉橋由溫度變化引起的跨中豎向位移主要受拉索溫度和主梁平均溫度的影響，拉索溫度升高時(shí)跨中橋面下降，主梁平均溫度升高時(shí)跨中橋面上升。因?yàn)槔鳒囟扰c主梁平均溫度在不同時(shí)間尺度上的比例不同，所以跨中豎向位移與溫度變化之間沒(méi)有單調(diào)變化關(guān)系，其在年周期上的變化幅度與天周期相當(dāng)。本項(xiàng)目提出的平面幾何分析模型可初步估計(jì)斜拉橋跨中豎向位移隨溫度的變化。以上研究成果有助于加深對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)期行為規(guī)律的理解，提高結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在橋梁管理養(yǎng)護(hù)中的實(shí)用價(jià)值。 2100433B