温度影响下基于协整的频率修正研究

黄 然

(合肥工业大学 土木与水利工程学院，安徽 合肥 230009)

0 引 言

近年来,桥梁健康检测技术愈发成熟和完善,基于动力的结构健康监测是目前研究最为广泛的一个方向,桥梁结构的动力参数是桥梁健康监测的一个重要指标,结构动力参数识别是基于结构动态测试的模态分析方法,模态参数(通常是模态频率)反映了结构的健康状态信息。通过研究桥梁模态参数的改变来对桥梁健康状态进行监测和量化评估,是进行桥梁健康监测的基本思路[2]。

先前的研究表明温度是影响模态参数尤其是模态频率的最主要因素,主要原因有:① 温度可以直接影响材料的弹性模量,而通常f～E1/2;② 温度变化可以影响结构的边界条件,例如冬季基础冻结会提高结构的整体刚度;③ 温度的变化在超静定结构会产生温度应力,应力的改变进而会引起频率的改变。例如,Alampalli[3]通过对一小桥研究表明,由于温度下降边界支座冻结导致的桥梁固有频率的变化(变化幅度为=40%～50%)比人为造成损坏而导致频率变化(变化幅度为=3%～8%)大了一个数量级。Askegaard等[4]发现,一座3跨人行桥的正常频率在一年中变化10%。

因此,在实际桥梁结构健康监测中环境因素的影响不可忽视,如何从健康监测系统中分离出温度因素的影响一直是健康监测领域研究的热点和难点。因此,本文引入计量学中的协整理论,它在健康监测系统中分离这些无害的环境变化被证明具有巨大的潜力。

1 协整理论

1.1 概述

Cross[5]最先提出将计量学中的协整理论应用到结构健康监测领域,并且详细分析协整为何可被应用到结构健康监测中。……