对于具有高密集模态的空间钢结构，很小的损伤（或物理参数变化）就会使其振动模态产生急剧变化，出现振动模态的局部化现象，并且损伤前后的模态可能不再按相同的阶次一一对应，出现模态阶次的跃迁现象；由于部件连接、边界条件的复杂性和庞大的结构规模，理论和试验模态分析方法已不能满足空间钢结构健康监测的要求，而面向自然激励的运行模态分析技术则可能是解决这一问题的有效手段。因此，本项目将立足于国内外结构健康监测领域的最新研究成果，充分借鉴有关学科的新理论和新技术，结合空间钢结构的动力学特点，以空间钢结构的模态局部化和模态跃迁研究为主线，从研究基于自然激励的运行模态分析技术入手，对基于模态局部化和模态跃迁的损伤识别方法、面向损伤识别的传感器优化布置方法等问题进行深入系统的研究。本项目的研究成果不仅可能为空间钢结构的健康监测提供坚实的基础和高效的方法，同时也可为其他类似结构的健康监测研究提供参考。 2100433B

空间网格结构具有高密集模态的动力特性，一旦结构存在失谐，即有可能出现模态局部化现象和模态跃迁现象。因此，对空间网格结构进行损伤监测研究，应首先对损伤结构的动力学特性开展研究，然后以此作为依据开展损伤监测方法的研究工作，这将更具有实际意义和应用价值。基于以上考虑，本项目借鉴国内外结构损伤监测领域的新方法和新技术，结合空间网格结构的本质动力特性，开展了如下研究：1) 采用摄动法对模态局部化和模态跃迁的发生机理进行了理论推导和分析，以球面网壳结构为例，着重分析了不同刚度或质量失谐参数对结构振动局部化和模态跃迁的影响规律；2) 提出了表征模态局部化现象的模态位移局部化因子和模态应变能局部化因子，提出了确定模态跃迁前后模态对应关系的模态置信准则法，并以球面网壳和拱支网壳为算例进行了参数影响分析；3) 研究了网壳结构中的频率曲线转向现象，提出了简化模型并进行了理论推导，分析了频率曲线转向和模态跃迁之间的关系；4) 提出了环境激励下低阶时域方法的统一理论和环境激励下高阶频域方法的统一理论，以平面桁架结构为算例进行了仿真分析；5) 提出了仅利用损伤结构信息即可进行结构损伤识别曲率模态曲面拟合损伤识别理论，对空腹网架结构进行了验证分析；6) 设计制作了单层肋环形球面网壳试验模型，测试了结构模态参数，验证了上述现象和方法。本项目深层次地探讨了空间网格结构损伤前后的动力学特性、参数识别及损伤监测理论，具有很强的科学针对性，研究成果可为空间网格结构及其他土木工程结构的损伤监测研究提供借鉴和参考。 2100433B

空间网格结构是高密集模态周期性结构，动力特性复杂，长期服役易产生不同形式的内部损伤，对其进行损伤监测研究十分必要。本项目针对其动力学特点，考虑结构损伤导致模态局部化与模态跃迁影响，以理论分析、数值模拟和模型试验为手段，解决空间网格结构损伤监测过程中的本质科学问题。研究空间网格结构模态局部化现象的机理，提出定量描述模态局部化判据；研究空间网格结构模态跃迁的变化规律，确定模态跃迁前后模态对应关系的判定准则；研究环境激励下空间网格结构模态参数在线识别方法，建立空间网格结构考虑模态局部化与跃迁的多阶段分区域损伤监测理论。本项目首次探讨空间网格结构的模态局部化和跃迁现象，更深层次地探讨空间网格结构的动力学特性和损伤监测理论。本项目得以完成，将会为进一步研究该结构体系防灾减灾理论打下基础，为空间网格结构的抗风抗震设计提供科学依据和理论支持，为提前采取自救措施，避免或减少人民生命财产损失提供有力保障。

本研究系统地探讨了斜拉桥的自由振动、车桥耦合振动、涡激振动以及考虑模态跃迁时的涡激振动等动力学问题。采用连续体系统建模方法对斜拉桥进行了建模，通过Galerkin方法求解斜拉桥的强迫振动问题。采用切换系统对考虑模态跃迁下斜拉桥的涡激振动进行建模，结合时间历程图、相图、Poincare截面等方法分析其复杂的非线性动力学行为。数值结果表明：整体对称性以及局部对称性斜拉桥都存在模态跃迁、频率曲线偏转、密集固有频率、模态局部化现象；Galerkin方法求解车桥耦合问题时，需要截取前49阶模态。然而在这些模态中，只有少数几阶模态起主要作用；密集频率与模态局部化现象对车桥耦合问题具有显著的影响；斜拉桥的涡激振动具有多个稳定的极限环。斜拉索的几何非线性可导致斜拉桥涡激振动出现混沌解；振动过程中反复出现的模态跃迁行为会给斜拉桥的涡激振动带来更为丰富的非线性动力学行为。该研究可为斜拉桥的初始设计与振动控制提供理论依据。