基于模态指标与数据融合的钢管混凝土拱桥损伤识别

为了提高大型结构的损伤诊断率,本文提出了一种基于模态指标和数据融合的结构损伤识别方法.根据结构振动响应,首先利用多种模态损伤指标,对钢管混凝土拱桥的损伤位置进行初步诊断,然后利用文中提出的加权平均法,对多种模态损伤指标进行融合计算,最后根据峰值方法得到拱桥的损伤位置。为了验证所提方法的可行性和有效性,对一双跨下承式钢管混凝土拱桥进行了单损伤和多损伤模拟,同时考虑了噪声等环境因素对识别结果的影响,并与单一损伤指标识别结果进行了比较。结果表明,本文所提出的损伤识别方法能够对钢管混凝土拱桥的损伤进行定位,它明显优于单一损伤指标的识别结果。     

基于环境激励的钢管混凝土拱桥工作模态识别及修正

为了对已经运营多年的钢管混凝土拱桥结构的抗震性能进行验算和评估,以一座钢管混凝土拱桥的实际工程为例,建立其用于抗震分析的初始有限元动力模型,利用设置在拱桥上的健康监测系统,在环境激励下,采用FDD法对实际结构的工作模态进行识别,依据识别结果采用零阶近似法对初始有限元模型进行了修正。通过模态识别到模型修正的途径,可以将健康监测系统与抗震分析联系起来,为抗震分析提供一个基于实际状态的更为准确的动力分析模型。结果表明:FDD法可以准确识别出钢管混凝土拱桥的前5阶模态,具有良好的识别效果;主拱肋、稳定拱、吊杆、横撑和主梁所对应的材料特征值在修正前后的变化量为8。77%~10。21%,对结构动力特性有显著的影响;采用零阶近似法对模型进行修正后可以得到满意的结果,计算频率与实测频率的误差可缩小至0。11%~3。76%,修正后的模型能更为准确的体现实际状况,从而可以对已运营多年的桥梁结构做进一步抗震验算和评估。     

钢管混凝土拱空间高效双非线性有限元分析

大跨度钢管混凝土空间桁架拱桥的复杂造型使得有限元分析极为特殊,对非线性分析方法的计算精度和效率提出更高要求。采用共旋坐标法,根据共旋坐标系下应变与消除刚体位移后的变形呈线性关系的特点,利用虚功原理无需迭代就能计算出该坐标系下完全粘结钢管混凝土梁单元考虑材料非线性的切线刚度矩阵,再基于场一致性原则导出结构坐标系下考虑几何与材料双重非线性的切线刚度矩阵,从而建立钢管混凝土拱空间高效非线性分析方法。编制了相应的程序,对钢管混凝土模型拱的面内与面外受力进行了计算分析,结果表明在计算精度和效率上是比较满意的。     

中、下承式钢管混凝土拱桥车振调查与动力分析

进行了八座钢管混凝土拱桥车振动力响应实测,建立了考虑车桥相互作用的有限元计算模型,通过与实测加速度响应进行的比较表明钢管混凝土拱桥车桥振动计算方法的正确性。利用有限元模型,对钢管混凝土拱肋和悬吊桥道系的加速度、速度动力响应和冲击系数进行了对比分析。结果表明:虽然钢管混凝土拱桥的冲击系数可能较大,但是它作为行车舒适性的判断依据并不合适,应采用加速度或速度响应来评价。提出了不同路面平整度下预估中、下承式钢管混凝土拱桥车振动力响应的近似公式,通过实桥分析确认了该公式的可行性。     

空间变化地震作用下钢管混凝土拱桥的抗震分析

为了研究空间变化地震作用下钢管混凝土拱桥的抗震性能,以一座钢管混凝土拱桥的实际工程为例,采用虚拟激励法对此拱桥在空间变化地震作用下的抗震性能进行了系统的理论分析。提出了考虑非一致土层分布条件下的空间三维地震动的合成方法,在综合考虑地震动的多维性、不相干效应、行波效应,特别是一致和非一致土层分布条件下局部场地效应的基础上,对钢管混凝土拱桥进行了多维多点随机振动分析。研究结果表明:场地效应会对结构产生显著的影响,软土场地会导致结构产生较大的响应,同时非一致的土层分布也会对结构响应产生不可忽略的影响;地震动的多维性,特别是竖向地震激励会对拱桥结构响应产生较大影响;在抗震分析中应考虑这些因素的影响,以免错误的估计结构的响应。     

中承式钢管混凝土拱桥动力特性分析

中承式钢管混凝土拱桥结构的振动问题较为突出,因此,其结构动力特性引起广泛关注。基于收集到的158座国内已建成的中承式钢管混凝土拱桥的设计资料,统计分析该桥型的主要结构设计参数和构造特征,进行基准桥梁试设计。采用Midas Civil空间有限元分析软件,建立了有推力和无推力中承式钢管混凝土拱桥动力计算的基准有限元分析模型,分析比较其动力特性;并进一步探讨了无推力中承式钢管混凝土拱桥在矢跨比、宽跨比、主拱肋刚度、横撑布置方式、吊杆失效以及支座布置等参数变化时桥梁结构动力特性的改变。结果表明:大跨径中承式钢管混凝土拱桥具有密集高阶模态的特点,且桥面板、拱肋的耦合振动明显;对无推力中承式钢管混凝土拱桥,在常用取值范围内,主要设计参数对结构动力特性的影响较小,合理布置横撑及增大桥面宽度,可明显改善结构的横向稳定性。     

钢管混凝土拱桥混凝土顶升施工工艺

现设计的钢管拱桥大都采用拱芯内灌注混凝土形式,充分利用了大型钢结构制作方便及混凝土结构抗压受力特点,使其各展所长。而钢管拱混凝土灌注则是钢管拱桥施工成败的关键之一。现以南宁市某钢管拱桥大型钢管拱混凝土顶升灌注施工工艺为例,介绍钢管拱桥混凝土顶升施工技术以及钢管混凝土工艺要求,提出了质量保证措施和安全保证措施。     

大跨度钢管混凝土拱桥的徐变分析

在合理的假设前提下,采用“龄期调整的有效模量法”得到的混凝土徐变方程式,推导出钢管核心混凝土的换算弹性模量计算公式,该公式能综合考虑混凝土的徐变影响和钢-混凝土之间的相互作用,将其应用到钢管混凝土拱桥的徐变分析中,极大简化了徐变分析过程。并基于通用有限元软件ANSYS,应用此方法对一座308米跨的钢管混凝土拱桥进行了徐变分析,通过比较,证明了该方法不仅可行,而且具有较高计算精度。同时还比较了新旧《桥规》中所建议的不同徐变系数模式对结构徐变效应的影响。     

基于强震观测和ARMAV模型的混凝土坝模态识别

采用混凝土坝的实测振动响应识别结构模态参数是进行结构动力特性研究的一种可行的方式。基于混凝土坝的强震观测数据,提出采用矢量自回归滑动平均模型(Auto-Regressive Moving Average Vector,ARMAV)和稳态图法来进行混凝土坝结构模态参数识别。研究了结构实测振动响应时间序列的ARMAV模型表达形式,并通过引入辅助变量(Instrumental Variable,IV)技术,来求解模型中的未知系数;通过研究ARMAV模型系数矩阵与结构系统矩阵的关系,以便为结构模态识别提供理论依据;根据综合了各测点观测信息的平均标准化功率谱(Average Normalized Power Spectrum Density,ANPSD)来对传统的稳态图法进行改进,以实现强震激励下混凝土坝的系统定阶和虚假模态剔除。通过一个数值算例和一个工程实例,验证了提出的基于强震观测和ARMAV模型的结构模态参数识别方法的精度、有效性和工程适用性。     

灵敏度的模态区间分析方法及其在不确定性参数识别中的应用EI北大核心CSCD

由于存在区间过估计及无法获知结构响应表达式的问题,区间灵敏度分析方法难以广泛地应用于实际复杂结构中。为此,提出一种基于响应面的灵敏度模态区间分析方法,该方法在区间响应面模型上分别对每个区间参数进行模态区间扩张得到响应区间,进而计算相对模态区间灵敏度,通过比较相对模态区间灵敏度即可判断结构响应对参数的敏感程度。通过数值算例探讨响应面形式对计算结果的影响,阐述灵敏度区间分析与灵敏度模态区间分析的优缺点。最后以钢板试验及钢筋混凝土拱桥不确定性参数识别算例来验证所提方法在复杂结构分析中的可行性。灵敏度分析结果表明该方法有效地解决区间过估计问题,提高了灵敏度分析的精度。对参数在多个范围内的灵敏度分析,所提方法具有较高的计算效率。参数识别结果表明将逆响应面与模态区间分析结合可避免区间优化过程,在保证精度的前提下,提高了参数识别效率。     

钢箱提篮拱桥整桥模态试验研究

随着大型柔性桥梁建设的迅速发展 ,其长期安全运行的健康监测的评估得到很大关注。通过试验模态分析对验证设计、建立结构的动力学模型以及桥梁安全运行状态的评估具有重要意义。拱桥桥面主梁与拱结构耦合振动 ,其模态试验比斜拉桥更加困难。本文通过我国首座建成的云南小湾钢箱提篮拱桥模态试验和竣工试验 ,提出了一种节省试验成本的基于环境激励下桥梁模态试验方法 ,取得了拱桥整体振动的较为正确的模态频率、阻尼及较理想振型 ,与有限元计算基本吻合。     

Concrete-Filled Steel Tube Arch Bridges in China

In the past 20 years, great progress has been achieved in China in the construction of concrete-filled steel tube (CFST) arch bridges and concrete arch bridges with a CFST skeleton. The span of these bridges has been increasing rapidly, which is rare in the history of bridge development. The large-scale construction of expressways and high-speed railways demands the development of long-span arch bridges, and advances in design and construction techniques have made it possible to construct such bridges. In the present study, the current status, development, and major innovative technologies of CFST arch bridges and concrete arch bridges with a CFST skeleton in China are elaborated. This paper covers the key construction technologies of CFST arch bridges, such as the design, manufacture, and installation of steel tube arch trusses, the preparation and pouring of in-tube concrete, and the construction of the world’s longest CFST arch bridge—the First Hejiang Yangtze River Bridge. The main construction technologies of reinforced concrete arch bridges are also presented, which include cable-stayed fastening-hanging cantilever assembly, adjusting the load by means of stay cables, surrounding the concrete for arch rib pouring, and so forth. In addition, the construction of two CFST skeleton concrete arch bridges—the Guangxi Yongning Yong River Bridge and the Yunnan–Guangxi Railway Nanpan River Bridge—is discussed. CFST arch bridges in China have already gained a world-leading position; with the continuous innovation of key technologies, China will become the new leader in promoting the development of arch bridges.     

中下承式拱桥吊杆应力冲击系数不均匀性研究

为研究中下承式拱桥在公路车辆作用下的吊杆冲击系数不均匀性问题,提出基于车桥耦合振动的公路桥梁动力响应分析方法。首先,将车辆简化为4个自由度的整车模型,根据D’Alembert原理推导了车辆振动方程,将桥梁离散为有限元模型,根据车辆与桥梁接触点处位移与力的协调条件耦合二者的振动方程;然后,采用Newmark-β算法,基于MATLAB语言编制了公路桥梁车桥耦合振动计算程序VBAP;最后,以某钢管混凝土拱桥为例,利用该方法与程序分析结构阻尼、桥上路面粗糙度、车重及车速对吊杆应力冲击系数的影响。     

三跨斜交T梁动力特性分析

以107国道深圳元朗斜交桥为背景,首先对全桥进行环境振动测试,利用频域中的峰值法（PP）和时域中的随机子空间识别法（SSI）识别出三跨斜交T梁桥的频率、振型和阻尼比;利用ANSYS软件建立了全桥三维有限元模型,进行理论模态分析并和实测结果进行比较,并进一步分析了不同斜交角时动力特性的差异,探讨了此类斜交桥的动力特性。     

700 m级钢管混凝土拱桥设计与建造可行性研究

以500 m级钢管混凝土拱桥的设计和成套施工技术为基础,对700 m级钢管混凝土拱桥的设计和建造技术进行可行性研究,确定总体设计和施工方案,较为详细地研究了拱肋制造和安装、管内混凝土灌注等关键技术。研究结果表明,建造700 m级的钢管混凝土拱桥已不存在技术门槛,综合考虑经济、安全等因素,是该跨径级别的强力竞争桥型之一,应尽早进行工程实践和推广。     

环境激励下大型桥梁模态参数识别的一种方法

提出一种依据环境激励下结构振动响应的大型桥梁模态参数识别方法,该方法以限制带宽的经验模态分解（BREMD）和随机子空间识别（SSI）为基础,首先利用EMD将环境振动响应分解成一系列只含结构某一阶固有模态的本征模态函数（IMF）,然后利用SSI识别桥梁模态参数。针对大型桥梁自振频率低、模态密集的特点,引入屏蔽信号限制EMD过程中带宽以消除模态混叠;运用该法识别了赣龙铁路某特大桥的模态参数,并将其与峰值拾取法、SSI识别结果以及理论计算值进行对比,结果表明：该方法能有效的识别大型桥梁模态参数,屏蔽信号的引入解决了模态混叠问题,稳定图中的虚假模态得到抑制。     

桥梁结构工作模态分析的不确定度量化

为了量化工作模态分析的不确定度,以随机子空间识别为例,用两种方法对识别的固有频率和阻尼比不确定度进行量化：第一,用不同测试组识别的模态参数的数学期望和标准差衡量其整体大小和离散程度,构建模态参数的整体置信区间;第二,引入了以矩阵敏感性分析的单个测试组识别的模态参数不确定度量化方法,并构造带置信区间的稳定图。以菜园坝桥拱肋试验数据作为工程实例进行了验证。研究表明：构建的整体置信区间弥补了目前对模态参数的单一评价模式;带置信区间的稳定图能让测试者分辨出结构真实模态和虚假模态;两种方法能分别从整体和局部反映识别的模态参数不确定度;为评价用工作模态分析方法来识别的模态参数的可信程度提供了依据。     

环境激励下二滩拱坝拍振机理的研究

在二滩拱坝泄洪振动时程曲线中,可以看到波形的包络线随时间增大或减小的现象,波形非常像振动中的“拍”现象。通过对原型观测数据的分析,研究二滩拱坝拍振机理。首先引入自然界中“拍”的概念,论述了初相差、频率比和振幅比对“拍”的影响以及多列波合成拍的特性;然后应用随机子空间方法(SSI)和频谱分析方法,对二滩拱坝的模态参数进行识别;最后结合实测拍振现象的自身特点,对泄洪激励下二滩拱坝拍振现象的机理进行研究。结果表明,拱坝工作频率相近的前两阶振型振动是形成拍振的主要原因,此外,一个频带在1.27~1.39Hz的振动分量也参与了拍的合成,初步认为这一分量是由坝段间接触非线性引起的。