摘要
建筑结构在使用过程中往往承受着极端荷载和长期工作荷载作用，本质上是非线性结构系统，其运动响应信号呈现出非平稳性，将其作为非线性结构来研究结构的动力学参数更加可靠。瞬时频率是非平稳信号的重要参数之一，它能够直接反映出结构的健康和安全状态。为了提高非线性结构瞬时频率的识别精度，本文采用改进广义S变换和同步提取算法识别非线性结构的瞬时频率。具体工作如下： （1）首先简单介绍了时频分析方法的基本理论，其次着重介绍了S变换的优缺点及其改进方法，然后介绍了几种时频分布的后处理方法。最后通过数值模拟发现，与传统的时频分析方法相比，通过后处理的时频图能量更加集中，频率分辨率更高。 （2）结合参数型高斯窗广义S变换对S变换进行了改进，改进后的窗函数可以通过多次项系数对频率进行描述。并结合能量集中度原理推导了改进广义S变换的参数优化算法。最后结合同步提取变换提出了基于改进广义S变换的同步提取算法，即改进同步提取广义S变换。 （3）首先，通过调幅和调频解析信号验证了改进同步提取广义S变换识别的瞬时频率与理论值更加接近。其次，通过自由振动下的非线性系统和强迫振动下刚度随时间变化的框架结构数值模拟验证了该方法识别的瞬时频率曲线更加准确、平滑。最后，利用OpenSees有限元软件建立了一个三层钢筋混凝土框架结构，并对该结构施加地震荷载进行动力响应分析，用该方法对结构的响应信号进行时频分析，验证了该方法能够有效识别结构的瞬时频率，具有较高的实用价值。 （4）引用拉索试验，对拉索施加不同的拉力改变拉索刚度，用改进同步提取广义S变换对拉索结构的运动响应信号进行瞬时频率识别，试验结果表明该方法识别的瞬时频率与理论频率基本保持一致，准确度更高。同时，设计非线性支撑梁结构，并对其施加随机荷载和脉冲荷载，验证了该方法识别的瞬时频率能量更加集中，数值更加准确。最后引用通过某七层钢筋混凝土剪力墙结构试验，验证了该方法识别的瞬时频率毛刺现象较弱，频率曲线更加平滑，可读性较高。
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