时频域分析方法是一种能够精细化评估结构动力特性的方法,能够反映瞬时特性随时间变化的特征。此外时频域分析法同样存在其他优越性,例如能够很好地处理非平稳的实测数据(风荷载激励下的建筑结构响应),相关的报道可以在文献[150-153]中得到证明。本章节基于上述讨论,提出了一种动力系统时、频域瞬时特征与统计特征一体化分析方法,该方法克服了以往研究中把结构响应的统计特征与瞬时特征孤立处理的不足,而较少关注两者之间的内在联系。同时采用该方法对台风作用下超高层建筑的动力特性进行了精细化分析,建立了一种基于瞬时频率波动强度的高层建筑阻尼模型。对比发现,该模型比当前广泛采用的基于结构振动响应的模型更精确,适用性更广泛。相关成果为深入认识建筑结构模态参数(特别是阻尼比)随系统响应振幅而变化的非线性特征提供了一种新思路。
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第八章 结论与展望
8.1 结论
本论文以典型土木工程结构为研究对象,对环境激励下结构的动力特征,尤其是模态参数进行了研究。随机状态子空间辨识(SSI)方法是基于环境激励下的模态参数识别方法之一,由于自身具有收敛性好,理论完备,识别过程高效等优点,使得该方法在土木工程领域得到广泛地应用。本论文同样围绕 SSI 方法的工程应用开展了一系列的研究工作。此外考虑到当前对于结构动力特性的研究工作往往考虑统计特征层面,即基于大量的实测(或者试验)资料对结构响应数据进行分析,来获取结构的动力参数。忽略了结构相关参数的瞬时特性(如阻尼随振动幅值的变化,频率随时间的变化等等),本论文基于时频域法构建一套瞬时分析框架对高层建筑的风振响应进行了研究,初步提出了一种基于瞬时频率波动强度的结构阻尼模型。具体的结论如下:
1. 针对传统 SSI 方法在某些情况下应用存在局限性这一现象,开展了 SSI 方法相应的改进工作。基于改进的 SSI 方法,以不同土木结构为研究对象,初步克服了 SSI 方法的在某些情况下应用的局限性。同时将改进 SSI 方法获取结构的模态参数与 RDT 等方法识别的结果进行相互验证,结果表明改进后的 SSI 方法在识别结果的可靠性和准确性都有较好的保障。
2. 提出了基于零相位滤波技术的时-频域分析方法,该方法克服了以往研究中把动力系统响应的统计特征与瞬时特征孤立处理的不足,开启了通过典型瞬时特征研究系统机理化现象再通过统计特征得出应用化结论的新思路。采用上述方法,建立了基于瞬时频率波动强度的高层建筑阻尼模型;对比结果表明,该模型比当前广泛采用的基于结构振动响应的模型更精确,适用性更广。
3. 将 SSI 方法应用到台风作用下高层建筑的模态参数识别研究中,结果表明该方法在结构响应信噪比良好的情况下能够较好地识别结构的固有频率,阻尼比和模态振型。通过将识别结果的前三阶固有频率和模态振型与有限元软件计算结果对比,两者的误差在可接受的范围内(6.71%-13.3%)。证明了随机子空间方法识别结果的有效性和准确性。此外,对高层建筑结构的其他动力特征如极值响应评估,极值分布规律,舒适度评估等进行考察,相关研究结论为进一步了解超高层建筑结构动力特性提供了有益的启示。
参考文献(略)