模態(tài)參數(shù)在時(shí)變結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)中的設(shè)計(jì)應(yīng)用淺述

韓笑

【摘 要】現(xiàn)階段時(shí)變結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)識(shí)別已經(jīng)成為橋梁安全監(jiān)測(cè)中的重要部分，由于其高精度、易識(shí)別的特點(diǎn)，近年來(lái)也是受到了國(guó)內(nèi)外的高度關(guān)注，由于橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性相較于其他建筑有較大區(qū)別，為識(shí)別其在不同激勵(lì)環(huán)境下的動(dòng)態(tài)參數(shù)，以鋼梁為模型對(duì)其施加動(dòng)載模擬試驗(yàn)，通過(guò)軟件對(duì)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，給出了合理的信號(hào)處理方案。

【關(guān)鍵詞】模態(tài)參數(shù)識(shí)別；空間域分解；環(huán)境激勵(lì)

【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

對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行服役期內(nèi)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)、及時(shí)診斷其遇到的問(wèn)題、為人類減少災(zāi)害即進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)目前已成為施工監(jiān)理中必不可少的一項(xiàng)工作。而對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)參數(shù)識(shí)別是結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)的重要組成部分。對(duì)各種大型的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析及主被動(dòng)控制，都必須確定結(jié)構(gòu)的參數(shù)（剛度﹑質(zhì)量﹑阻尼等）。而這些參數(shù)的確定則要?dú)w結(jié)于參數(shù)識(shí)別技術(shù)。這一技術(shù)最早應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于汽車﹑船舶﹑機(jī)械和土木等各領(lǐng)域。但橋梁結(jié)構(gòu)與上述領(lǐng)域相比有其自身的特點(diǎn)，橋梁結(jié)構(gòu)的自由度接近于無(wú)限，土和結(jié)構(gòu)存在復(fù)雜的關(guān)聯(lián)作用，無(wú)法定量確定阻尼耗能機(jī)制，再加之結(jié)構(gòu)振動(dòng)耦合造成的結(jié)構(gòu)本身動(dòng)力特性極其復(fù)雜，所以一些應(yīng)用于其它領(lǐng)域的識(shí)別方法難以應(yīng)用在橋梁結(jié)構(gòu)中，因此，如何對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)識(shí)別具有重要的意義。

1 模態(tài)參數(shù)識(shí)別

1.1 模態(tài)參數(shù)識(shí)別的組成

模態(tài)參數(shù)識(shí)別的步驟簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是采集數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)兩步。為提高模態(tài)參數(shù)識(shí)別的準(zhǔn)確性和精度，必須在這兩步上下功夫。具體可以體現(xiàn)在增加測(cè)點(diǎn)數(shù)目，提高采樣頻率，采用高靈敏度傳感器等方面，而選用一種合適的信號(hào)處理方法也至關(guān)重要。模態(tài)參數(shù)識(shí)別是系統(tǒng)辨識(shí)的核心內(nèi)容，同時(shí)也是系統(tǒng)辨識(shí)在橋梁安全監(jiān)測(cè)上的應(yīng)用，其主要任務(wù)就是從結(jié)構(gòu)的某些測(cè)點(diǎn)上采集的動(dòng)態(tài)的輸入和輸出數(shù)據(jù)，使用一些信號(hào)分析手段和模態(tài)參數(shù)識(shí)別理論來(lái)識(shí)別結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)。

1.2 模態(tài)參數(shù)識(shí)別的概況及國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

模態(tài)參數(shù)識(shí)別能夠?qū)崟r(shí)反映橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力固有特性，對(duì)橋梁的長(zhǎng)期使用及監(jiān)測(cè)具有重要的意義，現(xiàn)階段模態(tài)識(shí)別方法總的來(lái)說(shuō)可以歸為兩類：頻域識(shí)別和時(shí)域識(shí)別。其中，頻域識(shí)別法發(fā)展較早，它是通過(guò)FFT將測(cè)得的時(shí)域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到頻域內(nèi)，而后通過(guò)功率譜密度函數(shù)PSD進(jìn)行辨別，頻響函數(shù)的隨機(jī)誤差影響通過(guò)多次平均即可消除，抑制了噪聲的影響，頻域法的優(yōu)點(diǎn)是物理概念較清楚，不容易產(chǎn)生虛假模態(tài)或遺漏模態(tài)，因此模態(tài)的可靠性較高，在模態(tài)分析中應(yīng)用較為廣泛；而時(shí)域識(shí)別法則是直接利用時(shí)域內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行辨識(shí)，該方法的優(yōu)點(diǎn)是可以有效地避免頻域識(shí)別法因FFT變換不準(zhǔn)確所帶來(lái)的誤差，如頻率分解、泄露、混淆等現(xiàn)象等等，一般時(shí)域識(shí)別法能夠得到較為精確的辨識(shí)結(jié)果，因此也成為近年來(lái)的主要研究熱點(diǎn)。

1.2.1 頻域法識(shí)別的概況

國(guó)內(nèi)外對(duì)于運(yùn)營(yíng)階段的頻域識(shí)別也做了大量的研究工作，張令彌采用對(duì)頻域空間域分解的方法進(jìn)行研究，并通過(guò)采用大型房屋結(jié)構(gòu)和瑞士Z24公路大橋?qū)嶒?yàn)證明了該方法的合理性，鮑森采用了EFDD方法消除了運(yùn)營(yíng)模態(tài)參數(shù)識(shí)別過(guò)程中諧波分量的影響，此方法和FDD法相比精確性更高；李青霞等分別采用均衡實(shí)現(xiàn)算法和最小二乘復(fù)頻域法對(duì)軍用橋梁運(yùn)營(yíng)模態(tài)參數(shù)進(jìn)行識(shí)別，結(jié)果表明最小二乘復(fù)頻域法能夠獲得更加清晰的穩(wěn)態(tài)圖，模態(tài)集識(shí)別也更加完整。

1.2.2 時(shí)域法識(shí)別的概況

而作為國(guó)內(nèi)外模態(tài)分析學(xué)者研究的另一個(gè)熱點(diǎn)，時(shí)域識(shí)別由于對(duì)人工依賴較少、可在連續(xù)工作狀態(tài)下進(jìn)行“在線”參數(shù)識(shí)別，識(shí)別出的模態(tài)參數(shù)能夠直接反映出結(jié)構(gòu)實(shí)際的動(dòng)態(tài)特性等特點(diǎn)，被更主要的用于橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的自動(dòng)檢測(cè)中；時(shí)域識(shí)別又主要可分為IBRIHIN時(shí)域法、特征系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)算法；IBRIHIN時(shí)域法簡(jiǎn)稱ITD法，是由IBRIHIM在20世紀(jì)70年代提出的一種利用時(shí)域信號(hào)進(jìn)行模態(tài)參數(shù)識(shí)別的方法。ITD法嚴(yán)格意義上講不屬于曲線擬合，它本質(zhì)上是一種求解特征值的過(guò)程，該方法對(duì)各測(cè)量點(diǎn)的自由響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行一定方式的采樣，得出自由響應(yīng)矩陣，再由響應(yīng)與特征值之間的復(fù)指數(shù)關(guān)系建立起特征矩陣的數(shù)學(xué)模型。

1.2.3 動(dòng)態(tài)參數(shù)識(shí)別成果

據(jù)此，在模態(tài)參數(shù)識(shí)別方面，靜態(tài)參數(shù)的模擬已經(jīng)做了不少的實(shí)驗(yàn)研究，但是動(dòng)態(tài)的參數(shù)識(shí)別領(lǐng)域的實(shí)踐仍然比較少，近幾年也同樣成為了國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。國(guó)外也做了大量的研究，其中主要工作成果包括：①綜述經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解、總體平均經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的基本原理，針對(duì)端點(diǎn)效應(yīng)和模態(tài)混疊的問(wèn)題，利用一種結(jié)合移動(dòng)鏡面鏡像閉合延拓和改進(jìn)的總體平均經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解方法進(jìn)行改進(jìn)，采用MATLAB軟件編制了算法實(shí)現(xiàn)程序；②基于響應(yīng)信號(hào)易受噪聲污染，從信號(hào)處理的角度闡述了相關(guān)性檢測(cè)的基本原理，在固有模態(tài)函數(shù)選擇基礎(chǔ)上，采用相位搜索與相關(guān)性檢測(cè)相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)降噪；③為在動(dòng)力系統(tǒng)中獲取結(jié)構(gòu)的固有特性，由動(dòng)力學(xué)知識(shí)出發(fā)，通過(guò)帶阻濾波、固有模態(tài)函數(shù)選擇和相關(guān)性檢測(cè)，從運(yùn)營(yíng)條件下的橋梁動(dòng)力響應(yīng)中提取結(jié)構(gòu)自由振動(dòng)響應(yīng)，根據(jù)信號(hào)處理順序不同，擬定出4種信號(hào)處理方案，結(jié)合數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)隨機(jī)子空間算法識(shí)別單自由度、三自由度體系、簡(jiǎn)支梁橋仿真算例的模態(tài)參數(shù)，確定了合理的信號(hào)處理方案。

【摘 要】高校工會(huì)法治化是是高校工會(huì)履行職能的要求，適應(yīng)了高校改革的需求，也是國(guó)家法制逐步健全，公民法治觀念提高的需求。推進(jìn)高校工會(huì)法治化建設(shè)，要完善工會(huì)工作機(jī)制，加強(qiáng)工會(huì)內(nèi)部管理；加強(qiáng)工會(huì)法制宣傳教育，強(qiáng)化全員法律意識(shí)，提高職工守法、用法素質(zhì)；加強(qiáng)民主管理制度，完善教代會(huì)制度。

【關(guān)鍵詞】工會(huì)法治化；法治觀念；依法治會(huì)

2015年2月，中華全國(guó)總工會(huì)發(fā)布了《關(guān)于貫徹落實(shí)黨的十八屆四中全會(huì)精神大力推進(jìn)工會(huì)工作法治化建設(shè)的實(shí)施意見(jiàn)》，提出了工會(huì)工作建設(shè)的目標(biāo)和任務(wù)就是堅(jiān)定不移走中國(guó)特色社會(huì)主義法治道路。推進(jìn)工會(huì)工作法治化建設(shè)是全面落實(shí)黨的十八屆四中全會(huì)精神，實(shí)現(xiàn)新形勢(shì)下建設(shè)社會(huì)主義法治國(guó)家的整體部署的重要組成部分。“工會(huì)法治化”是指在工會(huì)制度中樹(shù)立“法治”的精神和法律的權(quán)威，強(qiáng)化法律因素在工會(huì)運(yùn)作機(jī)制中的重要性、權(quán)威性；完善工會(huì)法律制度對(duì)工會(huì)組織形成有效的行為規(guī)范、權(quán)利保障和責(zé)任約束。[1]因此建立健全工會(huì)法律制度和合理設(shè)定工會(huì)法律角色是實(shí)現(xiàn)工會(huì)工作法治化建設(shè)的主要內(nèi)容。加強(qiáng)工會(huì)法治化建設(shè)，對(duì)于提高職工對(duì)工會(huì)的信任度，提升工會(huì)履行維護(hù)職工合法權(quán)益的職能具有重要意義。

1 高校工會(huì)法治化建設(shè)之背景

1.1 是高校工會(huì)履行職能的要求

我國(guó)《工會(huì)法》明確規(guī)定各級(jí)工會(huì)組織是職工合法權(quán)益的代表，并依法維護(hù)職工的合法權(quán)益。[2]《工會(huì)法》明確了工會(huì)的基本職責(zé)是維護(hù)職工合法權(quán)益。2008年修訂的《中國(guó)工會(huì)章程》第28條明確規(guī)定工會(huì)基層委員會(huì)的基本任務(wù)就是解決勞動(dòng)爭(zhēng)議和糾紛、協(xié)商與指導(dǎo)企事業(yè)單位與職工之間勞動(dòng)關(guān)系。[3] 在國(guó)家推行依法治國(guó)的目標(biāo)下，工會(huì)要做好維權(quán)工作，就必須嚴(yán)格依法辦事，依法履職。因此，高校工會(huì)應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格依照法律賦予的職責(zé)，維護(hù)高校教職工的合法權(quán)益，履行高校工會(huì)的基本職能。

1.2 適應(yīng)了高校改革的需求

近年來(lái)，為了貫徹執(zhí)行《高等教育法》和《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》，我國(guó)大學(xué)將要進(jìn)行一系列的改革。高等學(xué)校的管理體制面臨進(jìn)一步深化的改革，對(duì)高校教師將全面實(shí)行聘用制的管理模式，在對(duì)高等學(xué)校的事業(yè)單位體制、行政化的管理模式等方面進(jìn)行改革的同時(shí)，新的問(wèn)題和新的矛盾也將會(huì)同時(shí)出現(xiàn)，高校的勞動(dòng)關(guān)系也在發(fā)生深刻變化。作為高校教職工代表的高校工會(huì)組織，其主要職責(zé)是維護(hù)廣大教職工的合法權(quán)益，協(xié)調(diào)教職工和學(xué)校之間產(chǎn)生的勞動(dòng)爭(zhēng)議。為了適應(yīng)新形勢(shì)下勞動(dòng)關(guān)系的變革的需要，高校工會(huì)應(yīng)當(dāng)改變觀念，樹(shù)立法治思維，運(yùn)用法律手段解決糾紛，維護(hù)教職工的合法權(quán)益，推進(jìn)工會(huì)法治化的建設(shè)，形成依法創(chuàng)新治理的新態(tài)勢(shì)。

1.3 國(guó)家法制逐步健全，公民法治觀念提高的需求

近年來(lái)，我國(guó)法律制度不斷健全，法制機(jī)構(gòu)不斷完善，使得工會(huì)在依法治會(huì)、依法維護(hù)職工合法權(quán)益方面有了法律依據(jù)。自1978年10月中國(guó)工會(huì)恢復(fù)正常運(yùn)行以來(lái)，1981年成立了全總法律顧問(wèn)委員會(huì)。2001年修改后的《工會(huì)法》用法律形式明確規(guī)定了工會(huì)的社團(tuán)法人地位[4]，闡明了維護(hù)職工合法權(quán)益是工會(huì)的基本職責(zé)[5]。2006年5月，全國(guó)總工會(huì)決定建立工會(huì)公職律師制度。2011年5月，全國(guó)總工會(huì)頒發(fā)了《關(guān)于建立健全職工法律援助等維權(quán)服務(wù)長(zhǎng)效機(jī)制的意見(jiàn)》。這些制度和措施的建立，不僅為工會(huì)依法建會(huì)、依法管會(huì)、依法履職、依法維權(quán)提供了法律依據(jù)，而且為工會(huì)依法治會(huì)奠定了基礎(chǔ)。

在我國(guó)，經(jīng)過(guò)多年的普法宣傳教育，公民的法律意識(shí)逐步提高，法制觀念逐步增強(qiáng)。運(yùn)用傳統(tǒng)手段解決現(xiàn)代人際關(guān)系收效甚微，運(yùn)用法律手段解決糾紛已成為一種最佳選擇，工會(huì)作為職工利益的代表者，運(yùn)用法律手段解決糾紛不僅能夠提高工會(huì)的信譽(yù)度，也能提高職工對(duì)工會(huì)的信任度，同時(shí)對(duì)糾紛的處理結(jié)果也具有了權(quán)威性。

2 高校工會(huì)法治化建設(shè)之路經(jīng)

推進(jìn)高校工會(huì)法治化建設(shè)，就是要在工會(huì)建設(shè)中堅(jiān)持黨的領(lǐng)導(dǎo)，遵守憲法、法律和工會(huì)章程的規(guī)定，依法履行職責(zé)，嚴(yán)格依法辦事，依照法律規(guī)范獨(dú)立自主開(kāi)展活動(dòng)，同時(shí)嚴(yán)格依法完善工會(huì)的各項(xiàng)制度，使工會(huì)工作形成制度化、規(guī)范化、法治化的良好態(tài)勢(shì)。

2.1 完善工會(huì)工作機(jī)制，加強(qiáng)機(jī)構(gòu)建設(shè)和制度建設(shè)

工會(huì)作為維護(hù)職工合法權(quán)益的社團(tuán)法人，在履行職責(zé)過(guò)程中首先要加強(qiáng)機(jī)構(gòu)建設(shè)和制度建設(shè)，要依法完善、規(guī)范工會(huì)的辦事機(jī)制。2011年5月，全國(guó)總工會(huì)頒發(fā)了《關(guān)于建立健全職工法律援助等維權(quán)服務(wù)長(zhǎng)效機(jī)制的意見(jiàn)》，提出建立健全職工法律援助等維權(quán)服務(wù)長(zhǎng)效機(jī)制。為落實(shí)這一意見(jiàn)精神，目前許多高校在工會(huì)的領(lǐng)導(dǎo)下，依托本校資源，完善工會(huì)的依法管理、依法服務(wù)的機(jī)制。如建立工會(huì)法律咨詢室，為教職工提供法律咨詢服務(wù)。特別是設(shè)有法學(xué)院（法律系）的學(xué)校，依托專業(yè)優(yōu)勢(shì)為教職工提供法律服務(wù)，這樣做不僅充分發(fā)揮了學(xué)校的資源優(yōu)勢(shì)，而且為教職工提供了便利的法律服務(wù)。以工會(huì)為依托，建立職工法律援助機(jī)構(gòu)，為廣大教職工提供了表達(dá)訴求的渠道，促使工會(huì)的維權(quán)工作走上了規(guī)范化、制度化、法制化軌道。

2.2 加強(qiáng)工會(huì)法制宣傳教育，提高教職工守法、用法素質(zhì)

黨的十八屆三中全會(huì)提出建設(shè)法治中國(guó)的奮斗目標(biāo)，建設(shè)法治中國(guó)是一項(xiàng)長(zhǎng)期的歷史任務(wù)，需要全體人民共同努力。對(duì)全民實(shí)施普法教育，在社會(huì)上樹(shù)立依法辦事的風(fēng)氣，使群眾對(duì)法律有信賴感、親近感，促使廣大群眾在潛移默化中增強(qiáng)法律意識(shí)和法律素質(zhì)，在思想上樹(shù)立法治精神、法治觀念，養(yǎng)成運(yùn)用法治思維、法律手段分析問(wèn)題、解決問(wèn)題、化解糾紛的習(xí)慣。因此工會(huì)應(yīng)當(dāng)發(fā)揮與教職工聯(lián)系密切的優(yōu)勢(shì)，在教職工中大力開(kāi)展法制宣傳教育，經(jīng)常性普及法律知識(shí)。通過(guò)學(xué)習(xí)要讓他們認(rèn)識(shí)到依法保障教職工利益的重要性。認(rèn)識(shí)到違反勞動(dòng)法規(guī)、侵犯教職工合法權(quán)益會(huì)帶來(lái)的損害。認(rèn)識(shí)到只有依法管理、依法治會(huì)，才能維護(hù)學(xué)校的和諧發(fā)展。

2.3 加強(qiáng)民主管理制度，完善教代會(huì)制度

實(shí)行民主管理，對(duì)于加強(qiáng)黨風(fēng)廉政建設(shè)、促進(jìn)學(xué)校改革、發(fā)展、穩(wěn)定起到了積極的推動(dòng)作用。因此工會(huì)組織要充分認(rèn)識(shí)新時(shí)期開(kāi)展民主管理的重要意義，要充分尊重教職工的主人翁地位，依法切實(shí)保障教職工的各種經(jīng)濟(jì)利益和民主權(quán)利，讓廣大教職工充分知曉有關(guān)學(xué)校發(fā)展和自身利益的重要問(wèn)題，并且能夠參與到?jīng)Q策過(guò)程中來(lái)，給予他們發(fā)表建議和意見(jiàn)的機(jī)會(huì)，從而調(diào)動(dòng)和發(fā)揮全體教職工的積極性和創(chuàng)造性，使他們更好地投身到學(xué)校的發(fā)展建設(shè)中來(lái)。