[發明專利]一種基于原型振動響應的大壩及地基彈模動力反演方法

有效

• 申請號: 201811399837.2
• 申請日: 2018-11-22
• 公開（公告）號: CN109858064B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 李火坤;王剛;魏博文
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13
• 代理公司: 南昌青遠專利代理事務所(普通合伙) 36123
• 代理人: 劉愛芳

本發明涉及大壩運行安全監測與管理技術領域，具體的說，是涉及一種基于原型振動響應的大壩及地基彈模動力反演方法。基于大壩原型實測振動響應，采用基于奇異熵定階的隨機子空間方法識別大壩運行期的工作模態參數，并且基于響應面理論，構建了高拱壩及地基分區彈模和模態參數之間的響應面模型，并以響應面模型代替有限元模型；基于原型實測響應識別的模態參數和響應面模型計算的模態參數，建立了大壩及地基分區彈模動力反演的最優化數學模型，采用遺傳算法對該數學模型進行尋優求解，反演出各分區彈模最優組合；該方法為運行期大壩及地基分區彈模的反演提供了一種全新的思路。

技術領域

本發明涉及大壩運行安全監測與管理技術領域，具體的說，是涉及一種基于原型振動響應的大壩及地基彈模動力反演方法。

背景技術

中國的壩身泄洪的拱壩具有高水頭、大流量的特點，在泄洪時，高速水流對于拱壩運行安全的影響是十分巨大的，嚴重時會造成結構損壞。因此，大壩可靠性檢測和安全評價研究對于保證大壩的長期安全運行就具有重大意義。在高拱壩服役性態安全監測與健康診斷領域，運行期的材料參數的確定至關重要，其是衡量結構安全運行的重要參數。當前，利用大壩原型實測資料反演運行期壩體及其基巖材料參數是一種比較可靠的方法。

有關利用原型實測資料進行大壩材料參數反演的方法主要分為兩種：基于靜態監測資料的大壩材料參數反演和基于振動測試的材料參數動力反演方法。其中振動模態數據能夠更好的反映結構整體力學特征，但對于大剛度的高拱壩而言，現場振動測試較為困難，且受環境背景噪聲影響大，只有較低幾階的振動模態數據是可靠的，仍有許多關鍵技術有待突破。此外，對于分區材料參數反演的研究，主要依靠數值模擬和智能算法來實現，這通常需要大量的有限元計算，計算量大，盡管隨著并行技術的發展，大幅度地提高了有限元計算的效率，但數值模擬和智能算法仍然需要很多時間來完成，為此借助響應面法來提高計算效率并減少工作量。

本發明專利基于大壩原型實測振動響應，采用基于奇異熵定階的隨機子空間方法識別大壩運行期的工作模態參數，并且基于響應面理論，構建了高拱壩及地基分區彈模和模態參數之間的響應面模型，并以響應面模型代替有限元模型；基于原型實測響應識別的模態參數和響應面模型計算的模態參數，建立了大壩及地基分區彈模動力反演的最優化數學模型，采用遺傳算法對該數學模型進行尋優求解，反演出各分區彈模最優組合；該方法為運行期大壩及地基分區彈模的反演提供了一種全新的思路。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的缺陷，基于大壩原型實測振動響應，采用基于奇異熵定階的隨機子空間方法識別大壩運行期的工作模態參數，并且基于響應面理論，構建了高拱壩及地基分區彈模和模態參數之間的響應面模型，并以響應面模型代替有限元模型；基于原型實測響應識別的模態參數和響應面模型計算的模態參數，建立了大壩及地基分區彈模動力反演的最優化數學模型，采用遺傳算法對該數學模型進行尋優求解，反演出各分區彈模最優組合；該方法為運行期大壩及地基分區彈模的反演提供了一種全新的思路。

本發明提供一種基于原型實測振動響應的大壩及地基分區彈模動力反演方法，通過下述方案實現：

一種基于原型實測振動響應的大壩及地基分區彈模動力反演方法，包括如下步驟：

1)對大壩進行原型振動測試，獲取大壩振動加速度或動位移響應，通過基于奇異熵定階的隨機子空間方法進行模態參數識別，確定拱壩工作模態參數；

2)根據原型工程設計及運行資料，確定大壩結構及地基彈模分區，并利用有限元軟件建立大壩及地基有限元模型；

3)構建反映大壩及地基各分區彈模參數與結構模態參數之間非線性關系的響應面模型；

構建方法如下：

a.確定變量：以大壩工作模態參數中的頻率和振型兩個參數作為模態參數變量，將模態參數設為因變量，大壩及地基各分區彈模設為自變量；