台风作用下超高层建筑模态参数识别的短时贝叶斯谱密度法及应用

为更加准确地提取台风作用期间超高层建筑结构模态参数的时变特性,基于贝叶斯谱密度模态识别方法,引入短时傅里叶变换时频分析方法,在贝叶斯识别过程中考虑加窗效应影响,提出适用于非平稳激励下结构模态参数识别方法--短时贝叶斯谱密度法(ST-BSDA)。在采用数值模拟验证了该方法可靠性和准确性的基础上,将ST-BSDA用于台风“海高斯”过境期间高度210 m超高层建筑实测数据的模态参数识别,并对风场和结构模态参数取值的不确定性对结构风振响应的影响进行了研究。结果表明:利用ST-BSDA方法识别结果的平均值可以较好地表征结构模态频率、阻尼比的时变特征,其识别精度对荷载激励形式不敏感;台风过境期间,实测建筑结构前两阶自振频率变化率最大可达7.3%,与设计阶段有限元模型计算结果相对误差最大可达20%,阻尼比小于现行规范所建议的2%;相较于2阶模态响应,结构1阶模态响应对风速、风向、自振周期(频率)以及阻尼比的变化更为敏感;根据实测的模态参数结果对结构的风致响应进行重分析,得到的结构峰值加速度和实测结果吻合较好。

改进贝叶斯谱密度法及其在超高层结构振动模态参数识别中的应用

基于白噪声激励的贝叶斯谱密度识别方法,可在识别出结构模态参数的同时,对识别结果的不确定性进行评估。在贝叶斯谱密度法(BSDA)的基础上,进一步提出适合有色噪声激励的改进参数识别方法(MBSDA),并对参数已知的合成信号进行参数识别。通过两种方法识别出的阻尼比、荷载等主要参数指标的对比表明,MBSDA比BSDA有较高的准确性。对位于深圳市高280 m的超高层建筑在近5年4次台风作用下的加速度响应时程进行参数识别,并评估结果的不确定性。结果表明:采用MBSDA和BSDA对结构频率进行识别,二者结果基本一致,但前者识别得到的模态阻尼比略高于后者;由4次台风作用下的加速度响应识别得到的阻尼比和结构振动加速度均方根之间不存在明显的统计相关性,所测超高层建筑的平均阻尼比为1.02%。