钢筋混凝土立筒仓模态试验研究

论文摘要

钢筋混凝土立筒仓在粮食、能源、建材等领域广泛应用，然而目前对于其现场实体结构的模态试验研究则是空白；随着计算机科学和模态参数识别技术的快速发展，通过基于环境激励的钢筋混凝土立筒仓模态试验，获取这种大型特种结构的模态参数已成为可能。实验模态分析法是根据随机振动理论，建立在数字信号处理技术基础之上识别结构模态参数的一种求解动力学逆问题的手段，能够得到结构真实的工作模态。本文开展钢筋混凝土立筒仓模态试验研究，是获得这种高大复杂结构模态参数的有效途径并具有工程实际意义。论文介绍了国内外关于筒仓结构动力特性的研究发展现状并系统了解目前大型工程结构（如高层建筑、塔体、烟囱等）模态试验测试技术水准和设备现状；总结梳理进行模态试验所需的结构动力学、模态理论基础以及数字信号处理技术等相关原理。利用有限元软件对所选择的不同支承型式、不同结构形式的试验立筒仓进行模态分析，得到用于指导测点布置及对比验证的各试验仓模态参数的数值计算结果；通过对课题组已有的柱、筒承型式立筒仓模型反复进行模态试验，探索了试验方法并获得各模型的前几阶模态参数，结合有限元模拟结果和振动台试验结果，对比分析验证了试验结果合理及试验方法可行。最后，在前期试验的基础上，开展实仓结构的现场模态试验研究，分别获得实际工程在役的单仓（煤仓）结构部分满仓状态下和筒承式群仓结构满仓状态下的前四阶模态参数并验证实测结果的有效性，综合对比分析所获得的钢筋混凝土立筒仓结构模态试验结果，同时初步研究贮料对钢筋混凝土立筒仓结构模态参数的影响。本文探索得到适用于钢筋混凝土立筒仓模态试验方法，特别是提出识别振型的简化测点布置方案；获得柱、筒承式立筒仓（包括单仓和群仓）的模态参数及特点，基于所用频域法识别工作模态参数和高阶模态参数时精度有所降低，为后续研究提出建议。通过本课题的研究，为进一步研究建立钢筋混凝土立筒仓动力计算和抗震设计所需的动力计算模型以及相关规范的修订积累基本技术资料，而且为在役立筒仓结构的损伤识别、健康评估奠定基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 理论计算和数值分析方面
• 1.2.2 试验研究发展动态
• 1.3 研究思路与试验方案
• 1.3.1 试验方法
• 1.3.2 试验对象
• 1.3.3 试验过程描述
• 1.4 论文主要工作及意义
• 第二章 环境激励测试与参数识别的基本原理
• 2.1 结构动力学基础
• 2.1.1 单自由度系统
• 2.1.2 多自由度系统
• 2.1.3 随机振动初步
• 2.2 测试系统和数字信号处理相关理论
• 2.2.1 测试系统
• 2.2.2 傅立叶变换和分析参数
• 2.2.3 误差和窗函数
• 2.2.4 平均和重叠
• 2.2.5 信号预处理
• 2.3 模态参数频域识别基本原理
• 2.3.1 频响函数求解模态参数
• 2.3.2 自互谱函数综合法
• 2.3.3 传递率法
• 2.4 本章小结
• 第三章 不同支承型式的立筒仓模型模态试验
• 3.1 柱承式立筒仓模型的模态试验
• 3.1.1 试验概况
• 3.1.2 柱承式单仓模型环境激励测试
• 3.1.3 柱承式群仓模型环境激励测试
• 3.1.4 模态参数识别和试验结果
• 3.2 筒承式立筒仓模型的模态试验
• 3.2.1 试验概况
• 3.2.2 筒承式单仓模型环境激励测试
• 3.2.3 筒承式群仓模型环境激励测试
• 3.2.4 模态参数识别和试验结果
• 3.3 模态参数验证
• 3.3.1 自振频率的验证
• 3.3.2 振型验证及分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 不同结构形式现场实仓的模态试验及分析
• 4.1 现场单仓（煤仓）结构模态试验
• 4.1.1 试验概况
• 4.1.2 环境激励测试
• 4.1.3 模态参数识别及结果
• 4.1.4 模态参数分析与验证
• 4.2 现场筒承式群仓结构模态试验
• 4.2.1 试验概况
• 4.2.2 环境激励测试
• 4.2.3 模态参数识别及结果
• 4.1.4 模态参数分析与验证
• 4.3 不同形式立筒仓模态试验结果对比分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历