快速特征系统实现算法用于环境激励下的结构模态参数识别

蒲黔辉， 洪 彧， 王高新， 李晓斌

(1.西南交通大学 土木工程学院，成都 610031； 2.东南大学 土木工程学院，南京 210096)

试验模态参数识别仍是目前研究结构动力学特性的主要方法，识别的结构模态参数可以用于结构有限元模型修正、损伤识别和结构的实时安全监测等。然而土木结构往往都具有结构形式复杂、体型巨大、周围环境复杂多变等特点，例如高楼和桥梁，如果运用传统的锤击或者激振器方式来获得结构强迫振动往往效果不佳，可能仅有激励点附近的布设的传感器才能采集到结构的响应信号，不利于进行整体结构的模态分析。而如果采用大能量的激励会增加试验成本，甚至导致结构产生永久性的损伤，所以一般情况下运营中的土木结构不允许采用此种模态试验方法。此外，运营中的土木结构，特别是桥梁，一般不能长时间完全封锁路段，而车辆行驶造成结构振动会对模态测试造成误差。因此，基于环境激励的模态测试技术成为了土木结构中常用的模态试验方法。

基于环境激励的模态测试是指采集结构在地脉动、风荷载、移动车辆荷载等未知荷载作用下产生的振动响应，并提取响应中的自由衰减成分进行模态参数识别。这种方法不需要专门的激励设备，也不影响结构的正常运营，是一种操作简单、成本低、安全性高的测试方法。James等[1-2]提出了自然激励技术(Natural Excitation Technique, NExT)，证明了结构上任意两个自由度上的位移响应之间的互相关函数满足结构自由振动方程。……