2012 No. 369 张其林等：钢结构健康监测技术的发展和研究 15 座的位移释放量，并通过限位措施确保支座的安全值，峰值的出现成为特征频率的良好估计。
但对于 性。
但如果设计计算有误，或遇到强震、大温差等环境激励而言，不能得到准确的输人数据，颠响函 情况可能导致支座实际位移量过大、限位装置破坏数失去意义。
此时，利用环境振动响应的自谱和频 失效等，极有可能导致结构体系发生倒塌破坏。
响函数的相似关系，基于结构的响应信号的自谱进 另一方面，支座竖向反力是上部钢结构对下部行分析，即可得到结构的模态参数。
特征频率由功 混凝土或基础支承结构的最大作用，其值的大小是率谱密度函数上的峰值确定。
否与设计计算一致也直接影响了下部支承结构的 峰值法在实际应用中需要结构的模态频率分 安全性。
布均匀，对于高耸结构如烟肉、水塔，结构空间扭转 近几年来，集成了竖向荷载作用力传感器或水 模态等频率接近的值，使用峰值法会出现误差，并 平位移传感器及报警装置的智能支座的研发得到且阻尼识别的可信度不高。
尽管存在以上不足，但 了一些企业的关注，这类智能支座可以实时监测支由于峰值法计算速度快，因面在实际工程中应用 座所承受的竖向荷载或所产生的实际水平位移，防广泛4。
止因荷载或位移过大导致其本身或结构的破坏。
峰值法和传统的基于输入和输出的参数识别 1.4传感器压电单元 方法有紧密的联系，当激励频率在结构的自振频率 结构健康监测系统中各类传感器都需连接外 时，频响函数有峰值，峰值的出现即为结构的特征 接电源以提供其服役期间必要的电能输入。
外接 频率。
当在仅有输出的情况下，可由前述的相似关 电源必然导致传感器体积增大、施工阶段损坏率增 系来对结构特征频率进行估计。
即通过正则化功 大、使用寿命短等。
率谱的峰值来确定，如图3所示。
目前国外相关研究单位正在研究用于微型传 10 感器的自供电能技术。
其工作原理为借助压电材 10 料将环境振动能量转化为电能，供给微型监测传感 10 器使用。
一且这一技术研究成熟并能投人使用，将 [0' 可大大提高传感器的可靠度、延长其使用寿命，并 功 自10 使传感器的结构紧凑简单、适用于恶劣环境。
2模态参数识别方法 005000+ 颠率/Hz 模态是结构的固有特性，每一个模态具有特定 的模态参数。
这些参数可以由计算或试验分析取 图3平均正则化功率谱 得，这样一个分析过程称为模态分析。
模态分析是 Flg.3Average normalized power spectrum 结构动力识别的重要方法。
由于峰值的选取具有主观性，且易受到干扰， 根据研究的方法和不同，模态分析分为理论模 因而精度不高。
峰值法中结构阻尼的识别采用半 态分析和试验模态分析两种。
理论模态分析以线功率法。
系统的功率谱在对应特征频率u，处出现 性振动理论为基础，研究激励、系统、响应的关系，峰值，幅值为A，w.和w分别为特征频率w前后幅 属于结构动力学的正问题；而试验模态分析是一种 值A,=A,/√2的频率值，称为半功率点。
如图4所 试验建模过程，属于逆问题。
通常而言，在结构键 示。
此时阻尼4mx3m。
康监测中，对结构动力参数的识别，均属于结构动 力学逆问题。
模态参数识别是模态分析的主要内容之一，识 别方法可分为基于频域的识别方法和基于时域的 识别方法，基本原理是建立在系统的输出和输人来 实现对系统模态参数的识别。
传统的模态参数识 频率/Hz 别方法主要以频域法为主，但存在精度不高、抗干 图4半功率带宽法 扰性低的特点。
近年来出现的时城识别法，在时域 Fig.4Half-power band width method 内对模态进行识别，克服了上述缺点。
2.1频域峰值法 结构的振型频域识别一般由传递函数在特征 峰值法基于频域对结构模态进行分析。
当激频率处的幅值确定。
但对于仅有输出的环境激励 励频率在结构自振频率附近时，频响函数会出现峰而言，结构的振型需要通过各测点间的如图5所示
16 施工技术 第41卷 140 150 0 160 -170 180 -190 200 计 20 -210 220 2004006008001000 频率/Hz 频率/kHz 图6稳定图法 图5互功率谱函数 Fig.6 Stablization diagram Fig.5Mutual power spectrum function 的互功率谱来确定。
2.2时域随机子空间法 随机子空间方法是近年来发展起来的一种辨 识方法，该法直接从环境激励的相应输出信号提取 结构的模态参数。
随机子空间法的核心是把“将 来”输出的行空间投影到“过去”输出的行空间上...
