桥梁移动荷载识别及其PCGM预优矩阵选取

基于时域法(TDM)求解思路,结合桥梁移动荷载特点,采用预处理共轭梯度法(PCGM)由梁的弯矩响应、加速度响应及其响应组合来识别桥梁移动荷载,重点比较在方程组不适定以及测量响应受噪声影响情况下不同预优矩阵对识别精度的影响,从而得到可用于移动荷载识别的最优预优矩阵.仿真结果表明,在绝大多数工况下,预处理共轭梯度法均能精确识别桥梁移动荷载,但不同预优矩阵对测量噪声及识别方程的不适定性有不同的抵抗能力,且对预处理共轭梯度法的收敛速度、识别精度也存在不同影响;合理选取预优矩阵能够有效提高桥梁移动荷载识别预处理共轭梯度法的精度和效率.     

移动荷载作用下路面板与饱和弹性地基的动力响应

将路面板作为三维弹性体,建立路面-饱和弹性地基动力响应的层状弹性半空间体模型,对移动荷载作用下路面板-饱和弹性地基系统的动力特性进行了分析.将移动单元法引入到饱和弹性土介质的半解析方法中,构造了随荷载按照相同速度运动的移动层单元,基于移动坐标下饱和弹性土介质的动力控制方程和边界条件,应用加权残数法建立了饱和弹性土介质移动层单元动力方程,该方程可退化为单相弹性路面板移动层单元动力方程,基于此,建立了移动荷载下饱和弹性地基与路面板系统的三维动态响应的统一的半解析方程.数值分析了饱和弹性半空间地基上路面板的动力特性,研究了荷载速度、饱和层渗透系数等参数对路面板位移和土体孔隙水压力响应的影响,研究结果可为路面结构的施工设计及路基动力响应分析提供参考.     

移动荷载作用下饱和土-桩系统动力响应的积分方程法

采用Muki虚拟桩法,在频域内建立了移动荷载作用下饱和土体-桩系统相互作用的第二类Fredholm积分方程,通过离散积分方程与傅里叶逆变换,得到了时间、空间域内桩-土的动力响应,并通过数值计算,分析结果表明:当荷载速度较高时,桩侧有明显的负摩阻力,同时桩顶上部有较大的负孔压.     

水下爆炸-移动作用下悬浮隧道管体响应

为了研究水下爆炸-移动作用下悬浮隧道管体的变形规律,基于Cole冲击波半经验公式和Vernon气泡运动方程将水下爆炸过程简化为冲击波和气泡脉动作用两个阶段,将公路I级荷载简化为移动荷载序列,通过D'Alembert原理建立了一个考虑水下爆炸荷载、移动荷载以及流体作用的悬浮隧道动力学模型,采用四阶Rungek?Kutta...     

地铁运行引起的饱和地基动力响应

基于Biot饱和多孔介质的波动方程,通过对时间的Fourier变换得出频域内的波动方程,结合边界条件利用Galerkin法推导出频域-波数域内的u-w格式的2.5维有限元方程,通过快速Fourier逆变换求得三维时域-空间域内的动力响应.通过计算实例验证了计算模型.建立地铁-隧道-饱和地基动力相互作用模型,分析地铁移动荷载引起的饱和地基动力响应.研究表明,地铁荷载加振频率对振动幅值及衰减规律的影响很大,控制荷载自振频率是减小环境振动的最佳措施.     

速度作用下非线性弹性地基上矩形薄板主共振

本文基于非线性弹性地基模型及弹性理论,建立了非线性弹性地基上矩形薄板在移动车辆荷载作用下的非线性动力方程,运用Galerkin方法及多尺度法求得该系统主共振的幅频响应方程,以行车速度为调谐参数,分析阻尼系数、车辆荷载、板厚及相位差等参数对非线性弹性地基上矩形薄板在移动车辆荷载作用下主共振幅频响应的影响。结果表明:非线性弹性地基上矩形薄板在行车速度作用下主共振系统的非线性特点不明显,振幅-速度响应曲线接近对称,改变阻尼系数、车辆荷载等参数时对共振区间影响不大。在正常取值范围内,随着阻尼系数值增大振幅-速度响应曲线峰值减小;随着车辆荷载、板厚及相位差的增大振幅-速度响应曲线峰值增大。     

基于Frobenius范数矩阵正则化的结构动荷载识别

针对时间跨度大的动荷载识别问题,提出基于Frobenius范数矩阵正则化的结构动荷载识别新方法。时域上,采用移动时间窗提取结构动态响应,按列依次组织形成响应矩阵。考虑结构初始条件影响,基于线性叠加原理推导矩阵形式下的结构输入-输出函数关系式。为保证识别结果的强噪声鲁棒性,引入Frobenius范数矩阵正则化建立结构动荷载识别基本公式,并加以求解分析。以梁式结构为例,采用数值仿真与模型试验共同验证所提出的动荷载识别新方法的有效性和可行性。结果表明:在考虑工况中,所提的动荷载识别方法能有效反演作用于结构上的长时间动荷载,且具有强噪声鲁棒性。     

移动荷载作用下简支梁最大挠度的一种实用算法

推导了简支梁抠工影响线方程,利用最优化原理中抛物线法近似计算简支梁在移动荷载作用下的最大挠度,并且编制了相应的计算程序。     

饱和土中单桩受移动荷载作用的动力响应

根据Biot动力理论,采用Fourier和Hankel变换方法得到了半空间饱和土受移动荷载及土体内受垂直简谐荷载作用下的变换域内基本解.再根据虚拟桩法,得出了移动载荷作用下桩基的第二类Fredholm积分方程.最后应用IFFT方法得到时间、空间域内单桩的动力响应.数值结果表明,移动荷载会引起桩身的负摩擦力;桩身最大轴力、孔压随移动荷载速度增加而增大;此外,在桩上端部会出现孔压集中现象.     

基于弹性半空间体模式的路面结构有限元-无限元混合模型分析

采用空间有限元-无限元耦合法对弹性地基的静、动力特性进行了分析,数值模拟了弹性半空间体受任意移动荷载作用下的动力响应问题.有限元区利用三维8节点模型,无限元区采取三维8结点单向空间无限元模型和7结点五面体双向无限元模型,根据达朗贝尔原理,建立体系的运动方程,利用Wilson-θ法经MATLAB编程计算出不同瞬时、移动动荷载作用在不同位置时弹性体上各点的动力响应值.通过数值计算验证了的动力响应问题是有效的.得出一些有意义的结论.     

基于改进细菌觅食算法的桥梁动载识别

桥梁在交通事业中的作用越来越重要,而对桥梁结构的健康监测是当今研究的热点问题,桥梁上移动荷载的识别作为桥梁结构健康监测的基础环节,是决策者进行结构安全评估和交通规划的重要依据.其中利用BP神经网络进行识别是重要的也是目前最热门的方法,而神经网络中参数的确定最为重要.提出一种全新的改进的细菌觅食算法以确定网络参数,数值模拟证明可取得相对较好的识别结果.     

基于HKBFO优化神经网络的悬索桥动载识别

为提高BP神经网络对桥梁动载识别的效果,提出了一种基于分层菌王觅食算法(HKBFO)的桥梁动载识别方法.该算法首先进行“交叉”复制操作,再类比人大代表选举过程进行分层寻优.数值模拟证明,HKBFO算法优于BFO算法,可用于桥梁动载识别.     

移动荷载下Kelvin地基上无限大板的稳态响应

为评价机场跑道、公路、铁路道床等承载结构在交通荷载作用下的动态响应,以移动荷载作用下Kelvin地基上无限大板挠度的数值计算分析为重点,采用积分变换法求得了Green函数,并就移动集中荷载、移动线源均布荷载和移动矩形均布荷载等荷载工况分别进行讨论,通过线性系统的叠加原理得到了相应的板挠度的积分形式解,并对此进行了数值计算分析.通过具体算例,对板挠度的时间变化规律、空间分布规律等重要特性以及地基阻尼、荷载移动速度等参数的影响效果进行了分析.发现板挠度分布受荷载移动速度的影响,而且随着地基阻尼的增大影响渐趋明显.     

某下承式拱桥车振动力性能分析

为研究下承式拱桥在移动车辆荷载作用下的动力性能,对某下承式拱桥建立三维有限元模型,并通过环境振动试验对该桥进行模态参数识别,以此验证有限元模型的可靠性。在不同车速荷载作用下对该桥梁的动力响应进行了对比分析,并在此基础上采用狄克曼舒适度评价指标对桥梁进行车振舒适度评价。结果表明:冲击系数的大小不仅和结构基频有关,还与车辆的行驶速度有关,车速越大冲击系数越大;桥梁的横向舒适性较好,竖向舒适性较差。       

移动荷载速度对简支梁动态响应影响分析

基于振型叠加原理,采用广义坐标变换的方式建立了移动荷载匀速通过简支梁桥时系统的动力平衡微分方程.在速度的连续区间上,结合荷载运动位置,研究车速对桥梁结构动力挠度响应的影响.结果表明:跨中挠度是梁上的最大挠度点;跨中挠度最大时,荷载并不总是在跨中位置,而是随着速度的变化而变化.     

不加固条件下圬工拱桥临时通行重载方法

为了解决圬工拱桥特别是大跨圬工拱桥临时通行重型、特重型车辆的问题,提出了不须加固结构仅需动态、合理地布置附加荷载的通行方法——平衡加载法.首先,分析了圬工拱结构的承载力与压力线和拱轴线之间偏离的关系,论证了在拱上合理布置荷载以使两线偏离尽量缩小前提下拱圈能够承担质量远超其设计荷载的重载的观点.其次,在深入分析偏心受压圬工构件的极限承载力计算方法的基础上,以截面合力偏心距e作为快速、定性判断承载力是否足够的关键参数.以偏心距e作为控制参数,提出在不经加固的圬工拱桥上动态地设计附加荷载的运动路径以配合重载通行的方法和流程、重要技术手段.以总质量为400 t的重载临时通过一座净跨径130 m的混凝土箱板拱桥为例,展示、检验了该方法.理论研究与实践结果表明:平衡加载法能够在不进行结构加固条件下有效解决圬工拱桥临时通行重载的问题.     

Alignment control for a long span urban rail-transit cable-stayed bridge considering dynamic train loads

In this paper, bridge alignment control with considering dynamic train loads was experimentally and theoretically investigated. Analytical process of bridge dynamics and the self-adaptive Kalman filter bridge alignment control method with considering the dynamic train loads were briefly introduced. The static measurement, the dynamic test, the field alignment measurement as well as the finite element analysis (FEA) of the second longest rail transit cable-stayed bridge in the world were carried out. Based on the results, the train dynamic load effect on the bridge alignment was obtained quantitatively. Subsequently, alignment control of the rail transit bridge with considering this effect using a self-adaptive Kalman filter method was analyzed. The results show that: (a) the dynamic train loads have effects on alignment control of the bridge and therefore cannot be neglected; (b) the self-adaptive Kalman filter method is applicable and reliable for alignment control of bridges during construction. The analytical method and whole process contribute to develop a related specification and further engineering applications.     

考虑轴重相关的随机车流荷载效应

为了给桥梁验算的设计荷载提供参考,基于宜泸高速WIM实测数据,分析随机车流参数尤其是轴重相关性. 应用MATLAB平台编制随机车流模拟程序,采用影响线法分析随机车流的荷载效应,探讨考虑轴重相关与不考虑时荷载效应的差别. 研究结果表明：轴重具有多峰分布的特点,轴重之间具有较强的相关性,当模拟随机车流时,若不考虑车辆参数的相关性,则会造成较大误差;采用非参数核密度估计-Copula方法,利用t-Copula函数作为连接函数的轴重联合分布函数,可以较准确地描述车辆轴重联合分布;考虑轴重相关情况下的荷载效应代表值比不考虑时高约45%,与实测车流荷载效应代表值更加接近;各车道随机车流对简支梁桥的荷载效应代表值差别不大,但均已超过现行规范公路-I级车道荷载的荷载效应,效应比最大值为1.34.     

预应力钢筋混凝土轻轨桥梁的有限元分析

建立了武汉轻轨桥梁的三维有限元模型,对普通钢筋采用一种分层的等效方法,对预应力钢筋采用修正的等效载荷法.将结构要素都纳入到有限元模型中,计算了几种典型工况作用下轻轨桥梁的应力和变形,并对计算结果进行了详细的分析和对比.验证了该桥梁的安全性,提出了对于该桥梁设计及三维有限元方法应用于轻轨桥梁设计的一些建议.