面向索网结构关键刚度监测的目标模态测试策略

王新涛，邓 华

(1. 浙江大学 空间结构研究中心，杭州 310058； 2. 浙江省空间结构重点实验室，杭州 310058)

索网结构是一种典型的柔性预张力结构，自1953年在美国Raleigh体育馆首次使用至今，一直都是大跨度公共建筑的常用屋盖结构形式[1-2]。与常规结构不同，索网结构必须依靠预张力提供刚度并维持结构形态稳定[3]。由于担心预张力偏差导致结构刚度变化过大，对既有索网结构实施监测越来越受到重视。直接测量索力是目前常用的监测方法，但索力传感器存在价格高、标定复杂、难以拆卸更换等缺点[4]。此外，索力测点数量一般较少，因此利用有限的索力测试数据也较难准确评价结构的整体刚度性能。相比之下，通过动力模态测试直接监测索网结构的刚度变化具有明显的优势，譬如加速度传感器可重复使用和更换，测点布置灵活等[5]。传感器布置、激励方式以及模态识别是大型结构动力模态测试的三个主要方面，相关理论与技术的发展也较成熟[6]。有效独立(Eff ective Independence, EI)法[7]、模态动能(Modal Kinetic Energy, MKE)法[8]等常用方法可有效解决传感器优化布置的问题。时域法是大型结构模态参数识别的主要方法，其中随机减量技术，ITD(Ibrahim Time Domain)法，特征系统实现算法(Eigensystem Realization Algorithm, ERA)、随机子空间识别(Stochastic Subspace Identification,SSI)法等[9-10]已在工程中得到广泛应用。为了提高模态识别的精度，通过优化激励来增强待测模态的振动能量也是常用的思路[11-12]。

近年来，关于采用动力模态测试方法对索网、索穹顶等柔性预张力结构进行刚度监测已存在一些研究工作[13]。……