基于随机方法的大跨桥梁气动参数识别研究

随着科学技术的进步，高强度材料的不断涌现，现代桥梁的跨度不断增大。桥梁跨径的增大使得结构刚度和阻尼随之降低，这大大增加了结构对风的敏感性，风致振动问题也日益突出。因此，避免桥梁结构发生发散性的危险振动，同时将限幅振动的振幅控制在可以接受的范围内已经成为大跨桥梁设计过程中必须关注的重要问题。在桥梁风致振动分析中，各种类型的气动参数扮演着重要角色，其中尤以桥梁主梁断面的气动导数、气动导纳和阶跃函数最受关注。本研究以紊流风场中获取桥梁结构气动参数的随机振动识别方法为主要内容。围绕这一主题，对气动参数随机识别的核心算法、仿真研究、桥梁节段模型气动导数和气动导纳识别的风洞试验研究、气动参数之间的关系等方面展开详细研究，以期建立一套完善的桥梁气动参数随机识别方法。

本课题以紊流风场中获取桥梁结构气动参数的随机振动识别方法为主要内容。围绕这一主题，对气动参数随机识别的核心算法、仿真研究、桥梁节段模型气动导数和气动导纳识别的风洞试验研究、气动参数之间的关系等方面展开详细研究。首先，在传统随机子空间方法基础上，提出了改进随机子空间方法，数值仿真结果表明该方法有助于提高模态振型的识别精度，进而提高气动导数的识别精度。其次，基于气动导数（或阶跃函数）与气动导纳之间的近似关系，提出一套新的识别方法用来获取完整的气动导纳函数。该方法秉承了利用紊流风场中桥梁节段模型抖振响应同时识别气动导数和气动导纳这一基本思路，因此具有风洞试验简单易行、风场对结构的作用更符合实际工作状态等优点。最后，以几种典型桥梁断面为例，验证了本课题所提出方法的可行性。