无砟轨道结构层间损伤识别技术研究进展

无砟轨道在长期服役过程中受到列车荷载和复杂环境的耦合作用，会发生材料性能衰退、结构损伤累积，导致其服役性能逐渐劣化.综合论述中国板式和双块式无砟轨道常见层间损伤的表现形式和产生的原因；总结探地雷达法、冲击回波法及其他局部损伤识别方法在无砟轨道损伤识别中的应用情况，提出结合多种局部损伤识别技术是实现轨道局部损伤精准识别的关键；归纳基于模态参数、无砟道床振动信号及车辆振动信号的整体损伤识别技术，指出须扩充现场损伤检测样本以提高识别方法的泛化能力；详细分析各类识别方法的优势和局限性，为完善中国无砟轨道结构损伤识别技术体系和制定科学合理的维修策略提供指导．     

基于最小频率误差的混凝土重力坝损伤部位识别方法

在强震、冲击等荷载作用下混凝土重力坝易发生损伤破坏,如何有效快速地识别并定位重力坝损伤对大坝健康诊断和安全评价具有重要意义.为此提出了一种基于最小频率误差的混凝土重力坝损伤部位识别方法,该方法通过建立不同损伤部位的频率特征数据库,采用最小频率误差方法对大坝损伤进行识别和定位;同时研究了裂缝扩展深度及裂缝发展方向对该方法识别结果的影响.结果表明:提出的损伤部位识别方法能有效地识别混凝土重力坝损伤部位,且识别结果不受裂缝深度和方向的影响.     

基于BP神经网络的斜拉索损伤识别方法

斜拉桥拉索损伤识别中不仅需要拉索发生损伤时自身索力的变化,还需要考虑拉索发生损伤引起的其他拉索索力变化,以单索索力变化为指标的方法难以适应斜拉桥的拉索损伤识别。以不同损伤下全桥索力变化率作为输入向量,拉索损伤位置和损伤程度工况为输出向量,建立了较为精准的BP神经网络模型。对斜拉桥模型在发生单根和2根拉索损伤工况时进行损伤识别,并随机选取不同损伤工况对BP神经网络模型的准确性进行验证,拉索损伤识别误差在6.0%以内。结果表明：以拉索索力变化率为指标,基于BP神经网络模型能够有效地识别斜拉桥拉索的损伤位置和损伤程度,为桥梁安全运营提供保障。     

基于二次受力的隧道套拱加固损伤衬砌模型试验

松动荷载引起损伤衬砌失稳是不良地层隧道运营期间关键的科学问题.针对此问题,研制了双车道公路隧道带缝衬砌套拱加固模型试验加载装置,可对衬砌结构任意位置施加松动荷载,在损伤衬砌受力同时进行套拱加固,解决了衬砌加固二次受力的“瓶颈”问题;开展1∶10模型试验,研究了松动荷载作用下损伤衬砌套拱加固补强效果,对比变形特性、力学响应及破坏模式.结果表明:衬砌结构刚度随荷载增加而退化,套拱加固有效修复受损衬砌,整体结构刚度明显增大,损伤严重衬砌经套拱加固后承载力仍可提高1倍;原衬砌结构破坏位置为拱顶、拱肩和边墙;套拱加固带缝衬砌构件关键控制截面为拱顶和墙脚,拱顶易发生大偏心压弯破坏,建议加强拱顶纵向配筋,提高抗拉承载力;墙脚出现斜裂缝,属于压剪破坏,应增设墙脚箍筋,以提高抗剪承载力.     

大跨斜拉桥拉索断裂的损伤诊断研究

根据大跨斜拉桥拉索的特点,提出用模糊模式识别理论对大跨斜拉桥的拉索进行损伤诊断。在损伤识别过程中,分析了拉索损伤位置和损伤程度对结构自振频率的影响,以结构损伤和完好状况下的自振频率归一化的频率差作为损伤标识量,以此建立拉索损伤的模糊模式识别子集,再利用模糊模式识别方法对拉索损伤位置和程度进行识别。为了证明该方法的可行性,对天兴洲大跨斜拉桥结构模型进行了数值仿真,并考虑了噪声的影响,结果表明该方法能够有效地识别拉索损伤。     

桅杆结构二维动力风荷载的等效线性识别方法

桅杆结构因微风作用而导致的疲劳破坏时有发生,了解结构所受的实际动力风荷载是研究结构风致疲劳的一个前提.文中以桅杆结构为例,阐述了高耸结构动力风荷载反演的思路,建立了桅杆结构二维动力风荷载等效线性识别的模型.采用基于模态分析法的动态荷载识别方法和基于精细时程积分法的精细模态识别法,利用结构在模拟风荷载下有限点的动力响应反演了作用在结构上的动态荷载.算例仿真的结果表明,文中的方法可以满足桅杆结构荷载识别的要求.     

利用模态应变能指标的斜拉桥拉索损伤识别

由于拉索是大跨度斜拉桥的主要承重构件之一,拉索中的损伤对于大跨度斜拉桥结构的安全会产生不利的影响.为实现对斜拉桥拉索损伤识别确保结构的安全,首先给出单元模态应变能定义,然后分析了基于单元模态应变能的损伤识别机理,提出了基于单元模态应变能变化率斜拉桥拉索损伤识别的实用方法,并以国内某重点斜拉桥为试验对象模拟3种不同的损伤工况情况,研究该方法的适用性.试验研究结果表明,单元模态应变能变化率指标是斜拉桥拉索损伤很好的敏感标识量,对单位置拉索损伤能够准确地给予识别,对于多位置拉索损伤识别,指标也能给予较好识别效果.该方法为斜拉桥拉索损伤检测提供了一条可靠有效的途径.     

桅杆结构动态荷载识别研究

运用基于模态分析法的动态荷载时域识别方法,在桅杆结构简化计算模型的基础上进行了作用在桅杆结构上的动态荷载识别的研究,同时利用在模拟风荷载下桅杆结构简化模型节点层的风振响应识别了作用在结构上的脉动风荷载.结果表明,反向识别的风荷载与正向动力分析时所采用的模拟风荷载基本一致,该荷载识别方法具有很好的识别精度.     

随机车辆荷载作用下斜拉索索力的概率模型及可靠度分析

以苏通长江大桥为工程背景,计算了随机车辆荷载作用下的斜拉索索力,采用随机过程的跨阈理论建立了斜拉索索力的概率模型,在此基础上对随机车辆荷载作用下斜拉索的可靠度进行分析。结果表明：斜拉索索力可以采用高斯平稳随机过程描述;设计基准期内斜拉索索力最大值的概率模型可通过跨闽理论确定;按随机车流数据建立的车辆荷载概率模型计算的斜拉索可靠指标为7．93～14．55。     

CFRP拉索在横向风荷载作用下的振动特性

为了分析在横向风荷载作用下碳纤维拉索（CFRP拉索）的振动特性,按等参元方法提出了考虑风荷载影响的柔性拉索非线性振动方程.以跨度为1 400 m的斜拉桥设计方案为对象,分析了CFRP拉索在横向风荷载作用下的变形特性及其在不同风速条件下的自振频率和振型阻尼比变化规律,并与在同样条件下的钢索进行了对比.分析结果表明,在横向风荷载作用下,CFRP拉索的横向变形与在同等条件下设计的钢索等同;CFRP拉索的结构振动特性与普通钢索有显著的差异;横向风荷载虽然对钢索和CFRP拉索的自振频率影响不大,但对振型的影响比较显著;随着横向风速的提高,按复数特征值算法得到的CFRP拉索振型阻尼比有增加和减少两种变化趋势,而且在低风速条件下出现负阻尼比的振型.     

环境作用与疲劳荷载藕合下混凝土结构性能劣化行为

混凝土结构往往需要承受疲劳荷载的作用,进而引起结构的疲劳损伤及脆性破坏;同时,混凝土结构还可能承受腐蚀、高（低）温、冻融循环等环境作用,并由此引起结构的环境损伤;当疲劳荷载与环境作用相互耦合时,结构性能会加速劣化,从而导致结构过早发生脆性破坏.该文分析多种环境作用与疲劳荷载耦合下混凝土结构性能劣化的机制,介绍有关研究现状,提出需要进一步解决的问题.     

基于小波总能量相对变化的拱桥吊杆损伤识别

为了识别拱桥吊杆损伤,提出基于小波总能量相对变化的损伤识别方法.以一典型钢管中承式拱桥为研究对象,通过对测点处的加速度动态响应信号进行离散小波变换,计算出测点处的小波总能量.以结构未损伤状态为基准,构造基于小波总能量相对变化的损伤指标.用提出的识别方法研究冲击类型、加载位置、噪音信号及损伤程度等参数对识别结果的影响.结果表明:提出的损伤指标可识别出不同位置设定下吊杆损伤,并对损伤程度具有较强的敏感性;对于不同的冲击类型及加载位置均能识别出拱桥吊杆损伤,且在不同信噪比(0,5,10和20)下鲁棒性好.     

荷载与湿热环境耦合作用下粘钢加固RC梁的耐久性能

粘贴钢板在钢筋混凝土结构加固领域得到了广泛的关注,但关于加固结构耐久性的研究较少涉及,尤其是荷载与湿热环境耦合作用下的耐久性研究。为探究粘钢加固RC梁在湿热环境与荷载耦合作用下的耐久性与损伤机理,开展了空载、静载和交变荷载与湿热环境耦合作用下7片粘贴钢板加固钢筋混凝土梁的15、30 d高温高湿老化试验,最后进行了加固梁的三点弯曲试验,获取了不同荷载与环境工况耦合作用下加固梁的破坏形态、挠度、钢板与钢筋应变等力学参数,进一步分析了荷载与湿热环境耦合作用对加固RC梁的力学性能及耐久性能的影响。结果表明:经过15、30 d的湿热老化后,粘贴钢板加固RC梁的力学性能有所退化,耦合静载作用的加固梁力学性能退化更加明显,耦合交变荷载作用的加固梁力学性能退化最为显著;交变荷载与湿热环境作用下加固梁的极限强度、弯曲性能、钢板极限应变较对比梁分别下降17.26%、17.21%、41.92%;荷载与湿热环境耦合作用对梁体受力性能影响较大,对破坏模式影响较小,加固梁在荷载与湿热环境耦合作用下的破坏模式分为混凝土开裂、裂缝发展、钢板剥离破坏3个阶段;湿热腐蚀介质渗透入钢筋混凝土梁及粘结界面,对加固结构耐久性造成了损伤,荷载耦合作用进一步加剧了损伤演化。     

斜拉索索力识别精度的提高方法

针对基于环境激励的斜拉索实测信号由于环境干扰而呈现出非平稳性和非平滑性的问题,提出了利用五点三次平滑法对快速傅里叶变换（FFT）得到的频域数据进行平滑处理,即考虑多因素影响来提高斜拉索索力识别精度。以实际斜拉桥工程中的拉索实测信号为研究对象,应用五点三次平滑法对拉索信号进行平滑消噪处理,考虑采样时间和采样点数对拉索频率识别精度的影响,利用求极值方法确定拉索各阶频率值及其位置,比较了基频法、频差法和峰值法确定拉索索力的计算精度,进行了索力测试的误差分析。结果表明：五点三次平滑法结合极值处理可以很好地识别拉索各阶频率,各因素对拉索频率的识别精度影响也有所不同,为频率法更加准确识别斜拉索索力提供了方便;同时也为开发高精度的索力测试仪器提供了有效依据。     

单跨开洞框支墙梁抗震受力机理研究

通过两片接近足尺的单跨开洞框支墙梁的试验研究 ,揭示了竖向荷载单独作用下、以及竖向荷载与低周交变水平荷载共同作用下的受力机理。研究表明 ,不论是对称开洞还是偏开洞框支墙梁 ,竖向荷载单独作用下均存在明显的组合拱作用 ;水平荷载作用下 ,当砖墙体抗剪强度较高时 ,墙肢可能不出现斜裂缝 ,墙底则出现明显的水平裂缝 ;托梁在洞口附近由于墙肢端部传来的高压力作用可能出现弯曲破坏或弯剪撕裂破坏 ,墙肢端则可能压碎 ;梁端可能出现剪切破坏 ,砖连系梁出现明显的剪切破坏特征。     

基于阶次分析的风电机组在线模态参数识别与故障诊断

针对风电机组的健康监测和预警评估,将基于环境荷载激励的模态参数识别和计算阶次分析方法应用于风电机组齿轮箱系统的在线模态分析。设计并构建了风电机组在线模态参数识别与故障诊断系统,通过试验模态与在线模态识别参数以及不同环境荷载激励条件下的在线模态识别参数的测试结果对比,证明在线模态参数识别方法的可行性和实时性,系统运行稳定,数据可靠,为风电机组在线模态实测,多种环境荷载激励作用下动态特性以及故障诊断研究积累了大量数据。     

考虑不适定性处理的结构损伤识别新方法

针对结构损伤识别中的不适定性问题提出了一种有效实用的处理方法.首先可以利用目前先进的自动监测和人工检测技术来获取损伤的出现和位置信息,然后基于结构在静力荷载作用下的位移观测数据来计算损伤的定量程度.本方法从结构静力平衡方程出发,结合有限元法,提出了一个三步骤的损伤程度定量识别算法.在求解中引入了Tikhonov正则化方法以处理求解的不稳定问题.本方法可以显著地改善不适定性并在一定程度上处理位移和荷载数据中的误差.通过对一个带有切削损伤的简支梁进行试验来证明了本算法的有效性,而且正则化方法的作用还可通过刚度矩阵条件数的减小来明确衡量.     

基于AR模型的瞬时风模拟

基于AR模型,研究了脉动风的数值模拟方法,编制了瞬时风速和风荷载的模拟程序.将此方法推广到斜拉索结构,模拟计算了苏通大桥A34拉索的风速与风荷载.通过模拟谱与目标谱的对比,证明该方法准确性高,并为下一步斜拉索的振动时程分析提供了激励源.     

斜拉人行桥拉索承载力非线性有限元分析

采用多节点索单元研究了斜拉人行桥拉索承载力问题。首先基于多节点索单元建立了坐标系及非线性应变表达式,形成了索单元的应力应变关系。进一步建立了索单元的弹性刚度矩阵、初位移刚度矩阵和初应力刚度矩阵的表达式,建立了斜拉索承载力的非线性迭代方法,利用Newton-Raphson迭代实现计算求解。以某大跨度斜拉人行桥为工程背景,系统研究了其斜拉索的承载力问题。结果表明,弹性模量和自重荷载强度对斜拉索的承载力性能均有一定程度的影响。弹性模量的增加将导致拉索的刚度增加和跨中的竖向位移减小,而自重荷载的增加则导致跨中位移的增加。对比分析结果可知,对拉索承载力影响较大的参数是自重荷载的强度,相对而言弹性模量的影响较小。     

基于子结构的隐蔽损伤识别方法研究

针对隐蔽结构损伤识别存在精度和效率较低的问题,探索性地应用子结构法对结构的隐蔽损伤进行研究,建立了基于子结构的隐蔽损伤识别方法.该方法在采集可测部位结构的振动信号的基础上,利用扩展卡尔曼滤波技术对隐蔽结构的时变参数进行识别,进而判定隐蔽结构的损伤位置和损伤程度.该识别方法首先建立识别计算模型,划分子结构;其次应用扩展卡尔曼滤波构建隐蔽结构损伤识别的识别方程;最后应用识别方程对隐蔽结构的损伤进行识别.该方法为难以直接测量的特种部位损伤识别提供了理论基础,并为隐蔽结构的损伤识别提供了新的途径.