基于柔度差和变形曲率的损伤定位识别方法研究

文章介绍了柔度差和变形曲率用于结构损伤识别的理论.通过对一个简支梁的仿真计算表明,两种方法均能对单个损伤单元进行定位,并随着损伤程度的增大识别愈加明显,但对于多位置损伤识别,变形曲率法比柔度差值法更精确,且不需要健康结构的信息作为基线,适合工程损伤的快速动力学检测.     

基于柔度矩阵主对角斜率的结构损伤识别方法

基于柔度矩阵的结构损伤识别指标可以有效识别结构损伤,且敏感性优于模态振型及频率类指标。本文提出基于柔度矩阵主对角元素斜率的两个新损伤识别指标:柔度矩阵斜率差(FSD)和柔度矩阵差斜率(FDS),通过提取损伤前后结构柔度矩阵主对角线斜率差值的与柔度差矩阵主对角线元素斜率差得到。通过简支梁和连续梁算例,在不同工况下对新指标识别效果进行验证。研究结果表明:FSD指标和FDS指标可以精确识别简支梁和连续梁损伤的发生,有效定位损伤,定性反映损伤程度。FDS相对于FSD识别结果更稳定,损伤识别效果更好,对快速判定损伤发生、定位最危险点具有一定优势。     

基于结构模态参数的两种损伤识别方法的比较

对结构的损伤识别方法进行了研究,以最容易获得的结构动态参数频率为基础。研究采用柔度差作为识别指标,对结构的损伤进行判断定位。以一简支梁为例,通过有限元数值模拟了不同程度的损伤,分别提取结构损伤前后的低阶频率。然后分别采用一阶振型指标和柔度差指标进行损伤定位。结果表明,柔度差指标优于一阶振型指标能够更好地进行损伤定位。     

模态分析在悬臂梁损伤识别中的应用

介绍了柔度差值、曲率模态以及柔度差值曲率在悬臂梁损伤识别中的应用原理和方法;通过试验结果揭示了三种方法对悬臂梁发生不同程度、不同位置及多处同时损伤时进行损伤识别的应用规律及内在原因.结论可对利用模态分析进行工程结构损伤识别提供一定借鉴和参考.     

基于损伤柔度曲率矩阵的结构损伤识别新方法

基于模态柔度矩阵检测结构损伤的指标较多,如模态柔度差、模态柔度改变率和模态柔度曲率差等,这些指标都具有一定的有效性,然而,这些指标均需要损伤前、后的柔度矩阵,对实际工程应用有一定的限制性。通过提出一种仅基于损伤柔度曲率不需要结构损伤前的信息的新指标,分别对一个简支梁和一个两跨连续梁进行数值计算。通过数值分析结果表明:不论对单处损伤、多处损伤和轻微损伤,该指标均能清楚地判定结构的损伤位置;该指标值随着损伤程度的增加而增加,能定性地反映结构的损伤程度;新指标的抗噪性能也较好。     

基于数据融合的张弦桁架损伤识别方法与试验研究

针对张弦桁架采用单损伤指标识别损伤位置易受到干扰甚至产生误判的问题,提出基于曲率模态差和模态柔度差曲率融合的损伤识别方法。基于D-S证据矩阵和加权平均两种数据融合准则,建立张弦桁架损伤识别的单次融合和两阶段融合识别流程。采用有限元软件ANSYS建立张弦桁架分析模型,利用减小构件截面积模拟弦杆损伤,分别采用非融合单损伤指标、单次数据融合和两阶段融合方法进行损伤识别分析。结果表明：单损伤识别指标的抗干扰能力较低,尤其对支座附近下弦杆的识别效果差;基于数据融合的损伤识别方法能够综合多种指标损伤识别结果,有效提高损伤位置识别的准确性;与加权平均数据融合准则相比,基于D-S证据矩阵准则的数据融合方法更能有效降低非损伤位置干扰,识别效果更好;两阶段融合方法效果优于单次融合方法,损伤位置的损伤概率愈发接近于1,非损伤位置的损伤概率愈发趋近于0。最后开展了一榀张弦桁架模型的损伤识别试验,通过试验验证了当所获取模态数据受到环境或测试噪声等因素影响下,文章提出的基于数据融合的损伤识别方法仍具有较好的鲁棒性,能够有效识别实际张弦桁架结构的损伤位置。但由于曲率模态差以及模态柔度差曲率难以识别损伤程度,因此文章方法仅能够提高损伤位置的识别精度。     

张弦拱桁架结构基于模态参数的损伤识别试验（英文）

张弦桁架结构是是由上部刚性拱桁架与下部柔性拉索通过中部撑杆组合而成的一种自平衡体系,具有受力合理、承载能力高、造型轻盈、跨度大等优点,被广泛应用到大跨钢屋盖结构中。但张弦桁架结构规模大、服役期限长,所处环境状况复杂,受到的荷载作用具有随机性,发生损伤的潜在危险性较大。此类结构一旦出现损伤会对结构的正常使用产生影响,甚至可能引起连续倒塌,因此研究张弦桁架结构在运营期的损伤识别具有重要的现实意义。但张弦梁结构中存在拉索、撑杆和桁架等不同类型杆件,受力机理更加复杂,其损伤识别与常规桥梁式结构或多高层建筑结构存在明显差异,目前针对张弦桁架结构的损伤识别尤其试验研究很少。因此,针对张弦桁架结构基于模态参数的损伤识别方法开展试验研究。通过对某火车站顶棚结构进行缩尺简化,设计制作了两榀张弦桁架试验模型。两榀试验模型结构尺寸相同,模型总长6 m,矢高0. 4 m,垂度0. 4 m,上部采用倒三角立体桁架,每两个节点之间由四角锥基本单元构成,结构中部均匀布置5根对称的圆钢管撑杆,下部布置直径8 mm的钢丝绳拉索,并施加2 kN预应力;试验模型一端为固定铰支座,另一端为滑动铰支座,并在结构两侧设置刚架作为受压桁架侧向支撑。两榀试验模型构件截面尺寸不同,模型1相对于模型2杆件截面尺寸较小;荷载施加情况不同,模型1未施加外荷载,模型2在模型上弦杆布置质量块模拟结构正常使用状态的荷载。试验采用不同截面尺寸杆件替换正常杆件的方法来模拟结构损伤,即通过降低截面刚度的方法来模拟杆件损伤,根据杆件截面积丧失程度定义损伤程度。试验设计了弦杆单损伤、多损伤、索撑损伤等不同程度以及不同位置的损伤工况,通过动力检测获取试验各工况前三阶模态参数:采用单点拾振、多点激励的方式进行试验,即将加速度传感器安装在桁架上弦杆件的4号节点处,然后用力锤依次对1～14号节点进行锤击,每个节点锤击激励1 min,通过动态信号采集仪采集加速度信号;根据不同工况替换相应损伤杆件,依次采集加速度信号;接着利用TSTMP模态分析软件处理加速信号,获取张弦桁架每个工况的频率与振型等模态数据,以用于之后的损伤识别分析。张弦桁架结构相对复杂,杆件繁多,可能发生损伤的部位较多,单一损伤识别方法无法一次检测出结构各部分的健康状态。因此将张弦桁架结构分为上部刚性桁架与索撑体系两部分,针对各组成部分的特点,采用基于振动模态参数的组合识别方法对张弦桁架试验结果进行分析:上部刚性桁架对结构整体频率影响较小且杆件连续,运用曲率模态差和模态柔度差曲率对其进行损伤识别;下部索撑体系杆件相对独立且单元数量相对较少,通过选取正则化频率变化率建立索撑体系频率指纹库的方法对其进行损伤识别。曲率模态差是从结构各阶模态振型入手,对结构的振型进行差分得到模态曲率,再通过计算结构损伤前后曲率模态的变化得到。模态柔度差曲率是从结构的柔度矩阵入手,由损伤前后结构的各阶振型和频率共同得到结构柔度矩阵差,再对其对角元素差分得到。上部刚性桁架进行损伤识别时,根据结构损伤前后的模态数据计算绘制曲率模态差和模态柔度差曲率曲线,曲线突变最大处判定为桁架杆件损伤位置。正则化频率变化率是从结构各阶频率入手,计算结构损伤前后的频率变化率并对其正则化得到。由于其仅是损伤位置的函数,与损伤程度无关,因此建立频率指纹库时仅需考虑每个构件的一种损伤工况,减小了样本量。索撑体系进行损伤识别时,首先建立索撑体系频率指纹库,即预先假定各种损伤工况并依据结构理论模型进行有限元分析,计算得到对应的正则化频率变化率,从而建立频率指纹库;再由实测得到的结构固有频率,计算某工况下的正则化频率变化率指标,与频率指纹库进行对比,两者最接近处判定为索撑体系损伤位置。采用张弦桁架的组合损伤识别方法分析试验数据,结果表明:1)基于前三阶频率的正则化频率变化率指标可以有效识别索撑体系的损伤。但由于索撑单元均具有对称性,因此正则化频率变化率指标无法判断对称单元的损伤情况,需要进一步验证。2)曲率模态差法和模态柔度差曲率法均能够较好地识别上部刚性桁架结构的单损伤和多损伤,但其对不同位置杆件的损伤识别效果略有不同。由于下弦杆直接与撑杆相连,受撑杆影响较上弦杆大,因此曲率模态差法和模态柔度差曲率法对上弦杆的识别效果优于下弦杆。3)曲率模态差法和模态柔度差曲率法均可以通过曲线定性判断上部刚性桁架杆件的损伤程度,损伤程度越大,曲线突变程度也越大。另外,越高阶曲线突变程度差距越小,因此应利用低阶模态数据定性判断损伤程度。4)与曲率模态差法相比,模态柔度差曲率曲线在非损伤位置突变小,曲线更稳定,受非损伤位置的干扰较少,识别效果更好。基于越多阶模态数据获得的模态柔度差曲率,其曲线在损伤位置发生的突变越明显,且基于前三阶模态数据得到的模态柔度差曲率完全可以满足损伤识别的精度要求。另外,越高阶振型数据得到的曲率模态差曲线突变越大,但其受干扰也越大,一般运用前两阶曲率模态差曲线可以得到较好的损伤识别效果。     

组合参数的支持向量机在结构损伤识别中的应用

提出一种由固有频率和模态分量构成的组合参数作为支持向量机输入向量的方法.文章首先论述支持向量机的基本原理与方法,介绍了一些相关重要概念,然后用固有频率法、动柔度法和组合参数法分别对一个简支梁结构的损伤(包括单损伤和多损伤)进行研究分析.通过比较,表明组合参数法比单一参数法有更好的识别效果,克服了单参数法在识别损伤时精度差的缺点.     

基于改进鲸鱼算法和模态柔度的两阶段结构损伤识别

本文在引入两阶段损伤识别方法的基础上,结合模态柔度和鲸鱼算法,提出了一种新的结构损伤识别方法。即将损伤定位与量化损伤程度分开的损伤识别两步法。第一步,定位出结构发生损伤的位置,提出了一种基于模态柔度的新指标:叠加模态柔度差曲率(SMFC)来确定结构中发生损伤的位置。该指标的计算,首先是分别计算损伤前、后的结构模态柔度,然后对其逐行求和后,最后采用中心差分法分别计算两者的曲率并作差。同时,考虑到了对板结构的"临近效应",提出了一种削弱该效应的方法,并将其应用到新指标中。第二步,构建基于柔度矩阵的目标函数,并利用第一阶段损伤定位的结构,通过改进的鲸鱼算法来确定实际损伤程度。通过简支梁和四边简支板的数值算例来检验本文所提出方法的适用性,最后通过简支梁试验验证该方法对实际结构的有效性。     

基于数据融合的张弦桁架多位置损伤识别与抗噪性分析

为提高张弦桁架多位置损伤识别的准确性,将数据融合方法与损伤识别指标相结合,采用D-S证据矩阵理论融合叠加曲率模态改变率和模态柔度差曲率两项指标的损伤识别结果,提出了张弦桁架多损伤的单次融合和两阶段融合识别方法。以某实际工程缩尺简化得到的张弦桁架作为研究对象,设计了两种不同的多损伤工况,通过有限元分析获取了结构损伤前后的前三阶模态数据,并进行了损伤识别分析。结果表明：基于数据融合的多损伤识别方法能够准确地识别张弦桁架多损伤,其能够综合两种单指标的识别结果,降低甚至消除非损伤位置的干扰,有效解决了单指标识别精度低、不能全面反映损伤位置的问题;两阶段融合方法通过两次融合逐步降低了非损伤位置的干扰,识别效果优于单次融合方法。此外,分析中考虑了不同水平噪声对张弦桁架多损伤识别的影响,结果表明：基于数据融合的多损伤识别方法具有较好的抗噪能力,能够降低噪声和非损伤位置的干扰,且两阶段融合方法的抗噪能力优于单次融合方法。     

浅谈梁的损伤识别方法

以筒支梁桥为例进行了有限元仿真分析，基于柔度法研究了桥梁结构多位置损伤识别方法，结果表明柔度曲率能够进行损伤识别。     

基于柔度曲率曲线的结构损伤识别方法

对柔度曲率法进行了改进,提出了基于柔度曲率曲线的结构损伤识别方法。提出了结构在健康状态下的完好柔度曲率曲线这一概念,并运用最小二乘法拟合构建该曲线;在此基础之上,进一步对结构损伤的程度进行了研究,通过损伤有效面积的大小来判断结构损伤程度。最后通过简支梁的单处和两处损伤对该方法进行了数值验证。结果表明：不需结构损伤前模态参数,该方法能够对简支梁发生单处和两处损伤进行准确定位及损伤程度分析;且损伤程度正比于损伤有效面积;同一损伤程度下,单元距离跨中位置越近损伤有效面积也越大。     

混凝土简支梁预设变形值探讨

以某高速公路钢筋混凝土与预应力混凝土工程为例，从简支梁的预拱度和下挠度的设置两方面进行了阐述，提出了钢筋混凝土简支梁下挠变形和预应力混凝土简支梁上拱变形的不同之处。     

基于静力测试数据的预应力混凝土连续梁结构损伤识别

预应力混凝土连续梁桥是中小跨度铁路、公路桥梁的主要桥型,对既有预应力混凝土连续梁桥进行损伤识别,可以有效地预防恶性交通事故的发生。将有限元模型修正技术应用到桥梁及结构工程的损伤识别在近几年得到了迅速的发展。静力测试是桥梁工程中应用最为普遍的一种结构测试方法。本文根据静力测试结果,应用有限元模型修正技术,对一两跨预应力混凝土连续梁的结构损伤进行了识别。计算结果表明,经损伤识别后,结构的理论计算位移与试验测试结果吻合良好,经理论分析得到的损伤发展趋势正确地反映了由试验所得的预应力混凝土连续梁的结构行为。研究结果表明,本文的研究方法可以有效地用于实际工程结构的损伤识别,有着广阔的工程应用前景。     

跨线连续梁桥的施工全过程模拟

结合某跨线连续梁桥悬臂施工过程,运用有限元软件ANSYS模拟了连续梁在施工过程中的内力及变形,确保了施工过程中结构的安全和成桥后桥面线形、应力状态符合设计要求。模拟计算结果与实测结果吻合良好,说明该简化模型能准确地模拟施工过程中的挠度及应力状态,对施工控制提供依据。     

汶川地震高烈度区桥梁震害机理分析与研究

5．12汶川大地震灾区桥梁遭受了巨大的破坏与损伤。根据中国地震局发布的汶川8级地震烈度分布图,着重考察了震中8度以上高烈度地区桥梁的震害。通过搜集资料,分别对以高原桥、百花桥、庙子坪大桥、小鱼洞桥为代表的简支梁桥、连续梁桥、连续刚构桥、拱桥地震破坏机理进行了理论分析,探究了震害产生的主要原因,并对几类典型震害的防治从设计选型和施工工艺的角度提出了对策。     

梁结构损伤检测的一种方法

提出了一种用于梁结构损伤检测的方法。首先利用损伤前后结构柔度矩阵的改变来确定损伤发生的位置,再使用频率灵敏度法来计算损伤程度。以简支梁为例验证了该方法,结果表明:该方法是可行的,能够用于工程实践中。     

先简支后结构连续T梁受力特性分析

以3-40 m预应力混凝土先简支后结构连续T梁为例,简要介绍了西部开发省际公路通道重庆绕城公路中广泛采用的先简支后连续梁桥的结构设计特点和计算方法,指出了该计算方法同样适用于简支转连续空心板或小箱梁桥,以推广该计算方法的应用.     

变截面箱梁剪力滞效应的敏感性分析

简要归纳了变截面箱梁剪力滞效应的影响参数从横向效应和纵向效应两方面分析了剪滞系数在简支梁、悬臂梁和连续梁中的规律变化。     

连续梁板计算方法的分析

目前,对钢筋混凝土连续梁板在竖向荷载作用下的计算,常用的有两种方法,即按弹性方法计算和按塑性方法计算,两种方法各有不同的力学依据,其计算结果乃至经济也有较大判别,更好地了解这两种方法是合理设计连续梁板的关键,并对连续梁板按弹性和塑性两种方法计算作了对比分析,同时介绍了两种方法不同的适用范围,以求更合理地设计连续梁板。