模態參數在時變結構運營監測中的設計應用淺述

韓笑

【摘 要】現階段時變結構的模態參數識別已經成為橋梁安全監測中的重要部分，由于其高精度、易識別的特點，近年來也是受到了國內外的高度關注，由于橋梁結構的動力特性相較于其他建筑有較大區別，為識別其在不同激勵環境下的動態參數，以鋼梁為模型對其施加動載模擬試驗，通過軟件對測得的數據進行對比分析，給出了合理的信號處理方案。

【關鍵詞】模態參數識別；空間域分解；環境激勵

【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

對橋梁結構進行服役期內的長期監測、及時診斷其遇到的問題、為人類減少災害即進行結構安全監測目前已成為施工監理中必不可少的一項工作。而對橋梁結構進行模態參數識別是結構安全監測的重要組成部分。對各種大型的橋梁結構進行分析及主被動控制，都必須確定結構的參數（剛度﹑質量﹑阻尼等）。而這些參數的確定則要歸結于參數識別技術。這一技術最早應用于航空航天領域，現已廣泛應用于汽車﹑船舶﹑機械和土木等各領域。但橋梁結構與上述領域相比有其自身的特點，橋梁結構的自由度接近于無限，土和結構存在復雜的關聯作用，無法定量確定阻尼耗能機制，再加之結構振動耦合造成的結構本身動力特性極其復雜，所以一些應用于其它領域的識別方法難以應用在橋梁結構中，因此，如何對橋梁結構進行參數識別具有重要的意義。

1 模態參數識別

1.1 模態參數識別的組成

模態參數識別的步驟簡單來說就是采集數據和處理數據兩步。為提高模態參數識別的準確性和精度，必須在這兩步上下功夫。具體可以體現在增加測點數目，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處理方法也至關重要。模態參數識別是系統辨識的核心內容，同時也是系統辨識在橋梁安全監測上的應用，其主要任務就是從結構的某些測點上采集的動態的輸入和輸出數據，使用一些信號分析手段和模態參數識別理論來識別結構系統的模態參數。

1.2 模態參數識別的概況及國內外發展現狀

模態參數識別能夠實時反映橋梁結構的動力固有特性，對橋梁的長期使用及監測具有重要的意義，現階段模態識別方法總的來說可以歸為兩類：頻域識別和時域識別。其中，頻域識別法發展較早，它是通過FFT將測得的時域數據轉換到頻域內，而后通過功率譜密度函數PSD進行辨別，頻響函數的隨機誤差影響通過多次平均即可消除，抑制了噪聲的影響，頻域法的優點是物理概念較清楚，不容易產生虛假模態或遺漏模態，因此模態的可靠性較高，在模態分析中應用較為廣泛；而時域識別法則是直接利用時域內的數據進行辨識，該方法的優點是可以有效地避免頻域識別法因FFT變換不準確所帶來的誤差，如頻率分解、泄露、混淆等現象等等，一般時域識別法能夠得到較為精確的辨識結果，因此也成為近年來的主要研究熱點。

1.2.1 頻域法識別的概況

國內外對于運營階段的頻域識別也做了大量的研究工作，張令彌采用對頻域空間域分解的方法進行研究，并通過采用大型房屋結構和瑞士Z24公路大橋實驗證明了該方法的合理性，鮑森采用了EFDD方法消除了運營模態參數識別過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現算法和最小二乘復頻域法對軍用橋梁運營模態參數進行識別，結果表明最小二乘復頻域法能夠獲得更加清晰的穩態圖，模態集識別也更加完整。

1.2.2 時域法識別的概況

而作為國內外模態分析學者研究的另一個熱點，時域識別由于對人工依賴較少、可在連續工作狀態下進行“在線”參數識別，識別出的模態參數能夠直接反映出結構實際的動態特性等特點，被更主要的用于橋梁健康監測系統中的自動檢測中；時域識別又主要可分為IBRIHIN時域法、特征系統實現算法；IBRIHIN時域法簡稱ITD法，是由IBRIHIM在20世紀70年代提出的一種利用時域信號進行模態參數識別的方法。ITD法嚴格意義上講不屬于曲線擬合，它本質上是一種求解特征值的過程，該方法對各測量點的自由響應信號進行一定方式的采樣，得出自由響應矩陣，再由響應與特征值之間的復指數關系建立起特征矩陣的數學模型。

1.2.3 動態參數識別成果

據此，在模態參數識別方面，靜態參數的模擬已經做了不少的實驗研究，但是動態的參數識別領域的實踐仍然比較少，近幾年也同樣成為了國內外研究的熱點問題。國外也做了大量的研究，其中主要工作成果包括：①綜述經驗模態分解、總體平均經驗模態分解的基本原理，針對端點效應和模態混疊的問題，利用一種結合移動鏡面鏡像閉合延拓和改進的總體平均經驗模態分解方法進行改進，采用MATLAB軟件編制了算法實現程序；②基于響應信號易受噪聲污染，從信號處理的角度闡述了相關性檢測的基本原理，在固有模態函數選擇基礎上，采用相位搜索與相關性檢測相結合的方法實現降噪；③為在動力系統中獲取結構的固有特性，由動力學知識出發，通過帶阻濾波、固有模態函數選擇和相關性檢測，從運營條件下的橋梁動力響應中提取結構自由振動響應，根據信號處理順序不同，擬定出4種信號處理方案，結合數據驅動隨機子空間算法識別單自由度、三自由度體系、簡支梁橋仿真算例的模態參數，確定了合理的信號處理方案。

【摘 要】高校工會法治化是是高校工會履行職能的要求，適應了高校改革的需求，也是國家法制逐步健全，公民法治觀念提高的需求。推進高校工會法治化建設，要完善工會工作機制，加強工會內部管理；加強工會法制宣傳教育，強化全員法律意識，提高職工守法、用法素質；加強民主管理制度，完善教代會制度。

【關鍵詞】工會法治化；法治觀念；依法治會

2015年2月，中華全國總工會發布了《關于貫徹落實黨的十八屆四中全會精神大力推進工會工作法治化建設的實施意見》，提出了工會工作建設的目標和任務就是堅定不移走中國特色社會主義法治道路。推進工會工作法治化建設是全面落實黨的十八屆四中全會精神，實現新形勢下建設社會主義法治國家的整體部署的重要組成部分?！肮ㄖ位笔侵冈诠贫戎袠淞ⅰ胺ㄖ巍钡木窈头傻臋嗤?，強化法律因素在工會運作機制中的重要性、權威性；完善工會法律制度對工會組織形成有效的行為規范、權利保障和責任約束。[1]因此建立健全工會法律制度和合理設定工會法律角色是實現工會工作法治化建設的主要內容。加強工會法治化建設，對于提高職工對工會的信任度，提升工會履行維護職工合法權益的職能具有重要意義。

1 高校工會法治化建設之背景

1.1 是高校工會履行職能的要求

我國《工會法》明確規定各級工會組織是職工合法權益的代表，并依法維護職工的合法權益。[2]《工會法》明確了工會的基本職責是維護職工合法權益。2008年修訂的《中國工會章程》第28條明確規定工會基層委員會的基本任務就是解決勞動爭議和糾紛、協商與指導企事業單位與職工之間勞動關系。[3] 在國家推行依法治國的目標下，工會要做好維權工作，就必須嚴格依法辦事，依法履職。因此，高校工會應當嚴格依照法律賦予的職責，維護高校教職工的合法權益，履行高校工會的基本職能。

1.2 適應了高校改革的需求

近年來，為了貫徹執行《高等教育法》和《國家中長期教育改革和發展規劃綱要》，我國大學將要進行一系列的改革。高等學校的管理體制面臨進一步深化的改革，對高校教師將全面實行聘用制的管理模式，在對高等學校的事業單位體制、行政化的管理模式等方面進行改革的同時，新的問題和新的矛盾也將會同時出現，高校的勞動關系也在發生深刻變化。作為高校教職工代表的高校工會組織，其主要職責是維護廣大教職工的合法權益，協調教職工和學校之間產生的勞動爭議。為了適應新形勢下勞動關系的變革的需要，高校工會應當改變觀念，樹立法治思維，運用法律手段解決糾紛，維護教職工的合法權益，推進工會法治化的建設，形成依法創新治理的新態勢。

1.3 國家法制逐步健全，公民法治觀念提高的需求

近年來，我國法律制度不斷健全，法制機構不斷完善，使得工會在依法治會、依法維護職工合法權益方面有了法律依據。自1978年10月中國工會恢復正常運行以來，1981年成立了全總法律顧問委員會。2001年修改后的《工會法》用法律形式明確規定了工會的社團法人地位[4]，闡明了維護職工合法權益是工會的基本職責[5]。2006年5月，全國總工會決定建立工會公職律師制度。2011年5月，全國總工會頒發了《關于建立健全職工法律援助等維權服務長效機制的意見》。這些制度和措施的建立，不僅為工會依法建會、依法管會、依法履職、依法維權提供了法律依據，而且為工會依法治會奠定了基礎。

在我國，經過多年的普法宣傳教育，公民的法律意識逐步提高，法制觀念逐步增強。運用傳統手段解決現代人際關系收效甚微，運用法律手段解決糾紛已成為一種最佳選擇，工會作為職工利益的代表者，運用法律手段解決糾紛不僅能夠提高工會的信譽度，也能提高職工對工會的信任度，同時對糾紛的處理結果也具有了權威性。

2 高校工會法治化建設之路經

推進高校工會法治化建設，就是要在工會建設中堅持黨的領導，遵守憲法、法律和工會章程的規定，依法履行職責，嚴格依法辦事，依照法律規范獨立自主開展活動，同時嚴格依法完善工會的各項制度，使工會工作形成制度化、規范化、法治化的良好態勢。

2.1 完善工會工作機制，加強機構建設和制度建設

工會作為維護職工合法權益的社團法人，在履行職責過程中首先要加強機構建設和制度建設，要依法完善、規范工會的辦事機制。2011年5月，全國總工會頒發了《關于建立健全職工法律援助等維權服務長效機制的意見》，提出建立健全職工法律援助等維權服務長效機制。為落實這一意見精神，目前許多高校在工會的領導下，依托本校資源，完善工會的依法管理、依法服務的機制。如建立工會法律咨詢室，為教職工提供法律咨詢服務。特別是設有法學院（法律系）的學校，依托專業優勢為教職工提供法律服務，這樣做不僅充分發揮了學校的資源優勢，而且為教職工提供了便利的法律服務。以工會為依托，建立職工法律援助機構，為廣大教職工提供了表達訴求的渠道，促使工會的維權工作走上了規范化、制度化、法制化軌道。

2.2 加強工會法制宣傳教育，提高教職工守法、用法素質

黨的十八屆三中全會提出建設法治中國的奮斗目標，建設法治中國是一項長期的歷史任務，需要全體人民共同努力。對全民實施普法教育，在社會上樹立依法辦事的風氣，使群眾對法律有信賴感、親近感，促使廣大群眾在潛移默化中增強法律意識和法律素質，在思想上樹立法治精神、法治觀念，養成運用法治思維、法律手段分析問題、解決問題、化解糾紛的習慣。因此工會應當發揮與教職工聯系密切的優勢，在教職工中大力開展法制宣傳教育，經常性普及法律知識。通過學習要讓他們認識到依法保障教職工利益的重要性。認識到違反勞動法規、侵犯教職工合法權益會帶來的損害。認識到只有依法管理、依法治會，才能維護學校的和諧發展。

2.3 加強民主管理制度，完善教代會制度

實行民主管理，對于加強黨風廉政建設、促進學校改革、發展、穩定起到了積極的推動作用。因此工會組織要充分認識新時期開展民主管理的重要意義，要充分尊重教職工的主人翁地位，依法切實保障教職工的各種經濟利益和民主權利，讓廣大教職工充分知曉有關學校發展和自身利益的重要問題，并且能夠參與到決策過程中來，給予他們發表建議和意見的機會，從而調動和發揮全體教職工的積極性和創造性，使他們更好地投身到學校的發展建設中來。