模态参数在时变结构运营监测中的设计应用浅述

韩笑

"

"

"

【摘 要】现阶段时变结构的模态参数识别已经成为桥梁安全监测中的重要部分，由于其高精度、易识别的特点，近年来也是受到了国内外的高度关注，由于桥梁结构的动力特性相较于其他建筑有较大区别，为识别其在不同激励环境下的动态参数，以钢梁为模型对其施加动载模拟试验，通过软件对测得的数据进行对比分析，给出了合理的信号处理方案。

【关键词】模态参数识别；空间域分解；环境激励

【Abstract】Nowadays time varying modal parameter identification is an important part of bridge safety monitoring， It attracts more and more attention in recent years due to the dynamic characteristics of bridge structure are compared to that of the other buildings are quite different， for identification of the dynamic parameters under different ambient excitation， with a small steel as a model by simulating test of static load and dynamic load and through the software of measured data carries on the contrast analysis， which can get a reasonable signal processing scheme.

【Key words】Modal parameter identification； Stochastic subspace algorithm； Environmental excitation； Frequency domain

0 引言

对桥梁结构进行服役期内的长期监测、及时诊断其遇到的问题、为人类减少灾害即进行结构安全监测目前已成为施工监理中必不可少的一项工作。而对桥梁结构进行模态参数识别是结构安全监测的重要组成部分。对各种大型的桥梁结构进行分析及主被动控制，都必须确定结构的参数（刚度﹑质量﹑阻尼等）。而这些参数的确定则要归结于参数识别技术。这一技术最早应用于航空航天领域，现已广泛应用于汽车﹑船舶﹑机械和土木等各领域。但桥梁结构与上述领域相比有其自身的特点，桥梁结构的自由度接近于无限，土和结构存在复杂的关联作用，无法定量确定阻尼耗能机制，再加之结构振动耦合造成的结构本身动力特性极其复杂，所以一些应用于其它领域的识别方法难以应用在桥梁结构中，因此，如何对桥梁结构进行参数识别具有重要的意义。

1 模态参数识别

1.1 模态参数识别的组成

模态参数识别的步骤简单来说就是采集数据和处理数据两步。为提高模态参数识别的准确性和精度，必须在这两步上下功夫。具体可以体现在增加测点数目，提高采样频率，采用高灵敏度传感器等方面，而选用一种合适的信号处理方法也至关重要。模态参数识别是系统辨识的核心内容，同时也是系统辨识在桥梁安全监测上的应用，其主要任务就是从结构的某些测点上采集的动态的输入和输出数据，使用一些信号分析手段和模态参数识别理论来识别结构系统的模态参数。

1.2 模态参数识别的概况及国内外发展现状

模态参数识别能够实时反映桥梁结构的动力固有特性，对桥梁的长期使用及监测具有重要的意义，现阶段模态识别方法总的来说可以归为两类：频域识别和时域识别。其中，频域识别法发展较早，它是通过FFT将测得的时域数据转换到频域内，而后通过功率谱密度函数PSD进行辨别，频响函数的随机误差影响通过多次平均即可消除，抑制了噪声的影响，频域法的优点是物理概念较清楚，不容易产生虚假模态或遗漏模态，因此模态的可靠性较高，在模态分析中应用较为广泛；而时域识别法则是直接利用时域内的数据进行辨识，该方法的优点是可以有效地避免频域识别法因FFT变换不准确所带来的误差，如频率分解、泄露、混淆等现象等等，一般时域识别法能够得到较为精确的辨识结果，因此也成为近年来的主要研究热点。

1.2.1 频域法识别的概况

国内外对于运营阶段的频域识别也做了大量的研究工作，张令弥采用对频域空间域分解的方法进行研究，并通过采用大型房屋结构和瑞士Z24公路大桥实验证明了该方法的合理性，鲍森采用了EFDD方法消除了运营模态参数识别过程中谐波分量的影响，此方法和FDD法相比精确性更高；李青霞等分别采用均衡实现算法和最小二乘复频域法对军用桥梁运营模态参数进行识别，结果表明最小二乘复频域法能够获得更加清晰的稳态图，模态集识别也更加完整。

1.2.2 时域法识别的概况

而作为国内外模态分析学者研究的另一个热点，时域识别由于对人工依赖较少、可在连续工作状态下进行“在线”参数识别，识别出的模态参数能够直接反映出结构实际的动态特性等特点，被更主要的用于桥梁健康监测系统中的自动检测中；时域识别又主要可分为IBRIHIN时域法、特征系统实现算法；IBRIHIN时域法简称ITD法，是由IBRIHIM在20世纪70年代提出的一种利用时域信号进行模态参数识别的方法。ITD法严格意义上讲不属于曲线拟合，它本质上是一种求解特征值的过程，该方法对各测量点的自由响应信号进行一定方式的采样，得出自由响应矩阵，再由响应与特征值之间的复指数关系建立起特征矩阵的数学模型。

1.2.3 动态参数识别成果

据此，在模态参数识别方面，静态参数的模拟已经做了不少的实验研究，但是动态的参数识别领域的实践仍然比较少，近几年也同样成为了国内外研究的热点问题。国外也做了大量的研究，其中主要工作成果包括：①综述经验模态分解、总体平均经验模态分解的基本原理，针对端点效应和模态混叠的问题，利用一种结合移动镜面镜像闭合延拓和改进的总体平均经验模态分解方法进行改进，采用MATLAB软件编制了算法实现程序；②基于响应信号易受噪声污染，从信号处理的角度阐述了相关性检测的基本原理，在固有模态函数选择基础上，采用相位搜索与相关性检测相结合的方法实现降噪；③为在动力系统中获取结构的固有特性，由动力学知识出发，通过带阻滤波、固有模态函数选择和相关性检测，从运营条件下的桥梁动力响应中提取结构自由振动响应，根据信号处理顺序不同，拟定出4种信号处理方案，结合数据驱动随机子空间算法识别单自由度、三自由度体系、简支梁桥仿真算例的模态参数，确定了合理的信号处理方案。

【摘 要】高校工会法治化是是高校工会履行职能的要求，适应了高校改革的需求，也是国家法制逐步健全，公民法治观念提高的需求。推进高校工会法治化建设，要完善工会工作机制，加强工会内部管理；加强工会法制宣传教育，强化全员法律意识，提高职工守法、用法素质；加强民主管理制度，完善教代会制度。

【关键词】工会法治化；法治观念；依法治会

2015年2月，中华全国总工会发布了《关于贯彻落实党的十八届四中全会精神大力推进工会工作法治化建设的实施意见》，提出了工会工作建设的目标和任务就是坚定不移走中国特色社会主义法治道路。推进工会工作法治化建设是全面落实党的十八届四中全会精神，实现新形势下建设社会主义法治国家的整体部署的重要组成部分。“工会法治化”是指在工会制度中树立“法治”的精神和法律的权威，强化法律因素在工会运作机制中的重要性、权威性；完善工会法律制度对工会组织形成有效的行为规范、权利保障和责任约束。[1]因此建立健全工会法律制度和合理设定工会法律角色是实现工会工作法治化建设的主要内容。加强工会法治化建设，对于提高职工对工会的信任度，提升工会履行维护职工合法权益的职能具有重要意义。

1 高校工会法治化建设之背景

1.1 是高校工会履行职能的要求

我国《工会法》明确规定各级工会组织是职工合法权益的代表，并依法维护职工的合法权益。[2]《工会法》明确了工会的基本职责是维护职工合法权益。2008年修订的《中国工会章程》第28条明确规定工会基层委员会的基本任务就是解决劳动争议和纠纷、协商与指导企事业单位与职工之间劳动关系。[3] 在国家推行依法治国的目标下，工会要做好维权工作，就必须严格依法办事，依法履职。因此，高校工会应当严格依照法律赋予的职责，维护高校教职工的合法权益，履行高校工会的基本职能。

1.2 适应了高校改革的需求

近年来，为了贯彻执行《高等教育法》和《国家中长期教育改革和发展规划纲要》，我国大学将要进行一系列的改革。高等学校的管理体制面临进一步深化的改革，对高校教师将全面实行聘用制的管理模式，在对高等学校的事业单位体制、行政化的管理模式等方面进行改革的同时，新的问题和新的矛盾也将会同时出现，高校的劳动关系也在发生深刻变化。作为高校教职工代表的高校工会组织，其主要职责是维护广大教职工的合法权益，协调教职工和学校之间产生的劳动争议。为了适应新形势下劳动关系的变革的需要，高校工会应当改变观念，树立法治思维，运用法律手段解决纠纷，维护教职工的合法权益，推进工会法治化的建设，形成依法创新治理的新态势。

1.3 国家法制逐步健全，公民法治观念提高的需求

近年来，我国法律制度不断健全，法制机构不断完善，使得工会在依法治会、依法维护职工合法权益方面有了法律依据。自1978年10月中国工会恢复正常运行以来，1981年成立了全总法律顾问委员会。2001年修改后的《工会法》用法律形式明确规定了工会的社团法人地位[4]，阐明了维护职工合法权益是工会的基本职责[5]。2006年5月，全国总工会决定建立工会公职律师制度。2011年5月，全国总工会颁发了《关于建立健全职工法律援助等维权服务长效机制的意见》。这些制度和措施的建立，不仅为工会依法建会、依法管会、依法履职、依法维权提供了法律依据，而且为工会依法治会奠定了基础。

在我国，经过多年的普法宣传教育，公民的法律意识逐步提高，法制观念逐步增强。运用传统手段解决现代人际关系收效甚微，运用法律手段解决纠纷已成为一种最佳选择，工会作为职工利益的代表者，运用法律手段解决纠纷不仅能够提高工会的信誉度，也能提高职工对工会的信任度，同时对纠纷的处理结果也具有了权威性。

2 高校工会法治化建设之路经

推进高校工会法治化建设，就是要在工会建设中坚持党的领导，遵守宪法、法律和工会章程的规定，依法履行职责，严格依法办事，依照法律规范独立自主开展活动，同时严格依法完善工会的各项制度，使工会工作形成制度化、规范化、法治化的良好态势。

2.1 完善工会工作机制，加强机构建设和制度建设

工会作为维护职工合法权益的社团法人，在履行职责过程中首先要加强机构建设和制度建设，要依法完善、规范工会的办事机制。2011年5月，全国总工会颁发了《关于建立健全职工法律援助等维权服务长效机制的意见》，提出建立健全职工法律援助等维权服务长效机制。为落实这一意见精神，目前许多高校在工会的领导下，依托本校资源，完善工会的依法管理、依法服务的机制。如建立工会法律咨询室，为教职工提供法律咨询服务。特别是设有法学院（法律系）的学校，依托专业优势为教职工提供法律服务，这样做不仅充分发挥了学校的资源优势，而且为教职工提供了便利的法律服务。以工会为依托，建立职工法律援助机构，为广大教职工提供了表达诉求的渠道，促使工会的维权工作走上了规范化、制度化、法制化轨道。

2.2 加强工会法制宣传教育，提高教职工守法、用法素质

党的十八届三中全会提出建设法治中国的奋斗目标，建设法治中国是一项长期的历史任务，需要全体人民共同努力。对全民实施普法教育，在社会上树立依法办事的风气，使群众对法律有信赖感、亲近感，促使广大群众在潜移默化中增强法律意识和法律素质，在思想上树立法治精神、法治观念，养成运用法治思维、法律手段分析问题、解决问题、化解纠纷的习惯。因此工会应当发挥与教职工联系密切的优势，在教职工中大力开展法制宣传教育，经常性普及法律知识。通过学习要让他们认识到依法保障教职工利益的重要性。认识到违反劳动法规、侵犯教职工合法权益会带来的损害。认识到只有依法管理、依法治会，才能维护学校的和谐发展。

2.3 加强民主管理制度，完善教代会制度

实行民主管理，对于加强党风廉政建设、促进学校改革、发展、稳定起到了积极的推动作用。因此工会组织要充分认识新时期开展民主管理的重要意义，要充分尊重教职工的主人翁地位，依法切实保障教职工的各种经济利益和民主权利，让广大教职工充分知晓有关学校发展和自身利益的重要问题，并且能够参与到决策过程中来，给予他们发表建议和意见的机会，从而调动和发挥全体教职工的积极性和创造性，使他们更好地投身到学校的发展建设中来。