索結(jié)構(gòu)中的模態(tài)作用研究中文摘要

索結(jié)構(gòu)中的模態(tài)作用研究將從索結(jié)構(gòu)在簡單激勵(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，由此對索結(jié)構(gòu)在考慮模態(tài)作用情況下的非線性動(dòng)力學(xué)進(jìn)行更深入的研究，包括非線性響應(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)的非線性動(dòng)力學(xué)，更加深入認(rèn)識索在考慮模態(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)，以懸索為例對不同分析方法(直接法與離散法)在結(jié)構(gòu)非線性動(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)場等)、工業(yè)車間、文化生活建筑( 陳列館雜技廳、市場等)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，特別是線性模態(tài)理論（通常所說的模態(tài)分析均是指線性模態(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點(diǎn)數(shù)的有效辦法，測點(diǎn)數(shù)目的增加隨之而來的是增大數(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。對復(fù)雜結(jié)構(gòu)空間模態(tài)的測量分析、頻響函數(shù)的耦合、高頻模態(tài)檢測、抗噪聲干擾等等方面的研究尚需進(jìn)一步開展。模態(tài)分析當(dāng)前的一個(gè)重要發(fā)展趨勢是由線性向非線性問題方向發(fā)展。非線性模態(tài)的概念早在1960年就由Rosenberg提出，雖有不少學(xué)者對非線性模態(tài)理論進(jìn)行了研究，但由于非線性問題本身的復(fù)雜性及當(dāng)時(shí)工程實(shí)踐中的非線性問題并示引起重視，非線性模態(tài)分析的發(fā)展受到限制。近年來在工程中的非線性問題日益突出，因此非線性模態(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性模態(tài)動(dòng)力學(xué)。關(guān)于非線性模態(tài)的正交性、解耦性、穩(wěn)定性、模態(tài)的分叉、滲透等問題是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。在非線性建模理論與參數(shù)辨識方面的研究工作亦是當(dāng)今研究的熱點(diǎn)。非線性系統(tǒng)物理參數(shù)的識別、載荷識別方面的研究亦已開始。展望未來，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)測指標(biāo)隨運(yùn)營環(huán)境作用的變化規(guī)律是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的研究熱點(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)營環(huán)境作用對模態(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)的相對影響程度，揭示了溫度、交通荷載對橋梁模態(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)件溫度變化的簡化分析模型，構(gòu)建了橋梁運(yùn)營期性能變化監(jiān)測方法。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橋梁運(yùn)營期行為規(guī)律的理解，提高結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)在橋梁管理養(yǎng)護(hù)中的實(shí)用價(jià)值。 2100433B