1、 附录 A 题目：土木工程结构的模态分析实验 本文展示了土木工程领域里的模拟分析实验的发展，从输入 -输出模态识别技术到只输出模态识别技术。这里举了很多来自在波尔图大学震动和监控实验室进行实验作者的经典例子。 十几年前，建筑工程师主要关心的问题是对庞大的土木工程结构静态和动态分析时所使用的新并且强大的数字计算方法。而随着快速发展的有限元技术以及个人电脑领域里中惊人的技术进步，已经允许结构设计师使用软件包准确模拟建筑结构的活动。 然而，那些越来越复杂和雄心勃勃的民用建筑的设计，诸如大坝，大型斜拉索或是吊桥，还有其他特别的建筑使得结构工程师们需要发展新的实验性工具以有能力精确识别建筑的大部分相关动
2、态和静态的性能。从而使这些工具能提供可靠数据来支持在设计阶段中的数值模式结构分析中的校正，更新和确认。 随着岁月的流逝和结构的退化，很多现存的建筑结构鼓励建立在震动伤害监测技术的发展，这些技术由建筑健康监测系统支持。土木工程研究者研究的自然发展趋势是更好的利用现存的输入 -输出模态识别技术来精确地识别土木结构主要的动态性能。 然而，在可控的方式 下对庞大土木结构的激励是件困难的事。幸运的是，传感器和模拟数字转换器的非凡技术已经能支持大型结构模态分析，这些大型结构以 针对建筑环境和应用适当的随机激励模态识别方法为基础。 本文的主要目的是简要为我们阐述关于土木工程领域里实验性模态分析发展的观点，从
3、输入 -输出模态识别技术到只输出模态识别技术。这里，研究人员经验的影响对我们的讨论有很大程度的影响。 输入 -输出模态识别法 仪器和测试流程。常见的模态测试以估计一组频率响应函数（ FRFs）为基础，在几对点处沿着足够高的空间与频率分辨率关联外部作用力并产生与之一致的应答。建筑物的 FRFs函数需要一个结构链激励仪器来进行数据采集和信号处理。对于中小结构建筑，可以使用一个铁锤来产生激励，这和在机械工程里的应用是一样的。这个装置能提供一个先进的宽波段输入信号，所以它有能力产生不同的振动模式。它的主要缺点是频谱估量（它能妨碍对 模态阻尼因素的准确估计 ）产生的相对低的频率分辨率并且缺少能量来激励一
4、些相关的振动模式。为解决这个问题，一些实验室建立了特别的专门为其设计的脉冲装置来激励大桥。另一个可供选择的是电动振动器，它也来源于机械工程学，可以应用与各种输入信号（随机波，多重正弦波， 等等）。在适当地一起控制频率和振幅时，使用一个信号发生器和一个功率放大器。 这些振荡器有能力在一个低的频率范围和更高的频率分辨率来激励建筑。必要的正弦信号强度允许建筑的激励正好在共振的频率下，从而，形成了一个直接的模拟振态识别。 大型建筑的可控激励需要使用沉重的激励仪器。以往对于大坝的动态测试常选择大规模偏心轮测试振动器，它能在多个频率和振幅反映正弦曲线的强弱。这种技术的主要缺点是在低频率下产生的低强度振幅，
5、测量应用力困难和如何抑制振动器和相关建筑的相对运动。一个更好的选择是，使用一组宽频段，能覆盖大型土木建筑最感兴趣的频率范围来进行激励，它是一种液压伺服振荡器。例如图2 所示的这种类型的振荡器，把它安装在电子探针上来垂直的和从侧面激励桥或坝，如在阿森纳研究中使用的一个电子液压大规模反应振荡器。 一个建筑的动态反映通常用压电式、压缩电 阻式、电容活力平衡式感应器来测量，因为他们具有相对低廉的成本和高效的敏感性。这里有一种特殊特性的压电感应器，它不需要能量的供应并且在一个很宽的频率范围都能很好的操作。然而，大部分的感应器都不能在低频率下应用。与之相反的是，压缩电阻式和电容/力平衡式感应器能提供直流电或低频率响应的能力。通过这些转换器转换出的电子信号通常都很小，所以必须通过调节单元放大，因此也需要提供抗锯齿，低通滤波器，以及模拟综合速度或水平位移的仪器。 动态数据的数据采集和存储需要使用模数转换（ A/D）与量测链的卷积，原始数据必须在最开始时 就进行分析和处理；需要考虑操作中比例尺的改变，趋向去除和降低整数倍的取样率。接着，使用加速消耗的时间乘以适当的时间窗（汉
