环境激振下桥梁结构模态识别的扩展贝叶斯FFT算法

【作者】 朱伟； 李宾宾；

【机构】 浙江大学浙江大学伊利诺伊大学厄巴纳香槟校区联合学院； 浙江大学建筑工程学院；

【摘要】 环境激励下,大跨度桥梁在竖直方向的振动通常远大于横桥方向。当测量数据同时包含两个方向时,使用频域分析法可能会出现"隐藏模态"现象,即在所选频带内,感兴趣的模态被主导模态"隐藏"。传统的针对稀疏模态的贝叶斯FFT模型难以有效解决该问题,因为它假定各自由度的噪声在所选频带内相互独立且相等,仅将PSD矩阵最大的特征值和其对应的特征向量视作结构的模态;针对密集模态的贝叶斯FFT模型在选择较宽的分析频带时可能能够奏效,但不可避免地增加了建模误差,并且,主导模态与"隐藏模态"并不一定密集,所以它也不能全面解决该问题。将各个自由度的噪声假定为相互独立但不相等,提出一种新的贝叶斯FFT模型,揭示了将"隐藏模态"当作噪声而导致无法成功被识别的本质。新模型使用EM算法进行求解,能够高效解决"隐藏模态"问题,具有更强的通用性和实用性。以海宁市某混凝土拱桥和沪苏通长江大桥的现场随机振动测试为例,展示了应用该算法的模态参数识别结果,重点对比了针对"隐藏模态"现象该算法和传统算法的识别情况。结果表明,提出的算法能在不损失测量自由度和增加建模误差的前提下更有效地识别"隐藏模态",为贝叶斯算法使用范围的扩展提供了帮助。更多还原