基于环境激励的连续刚构桥模态参数识别及有限元模型修正

一个合理准确的有限元模型是大型桥梁健康监测系统中损伤识别及安全评估、预警的前提。以一座三跨预应力混凝土连续刚构桥为例,根据设计资料,利用ANSYS建立其初始三维有限元模型,利用其健康监测系统采集得到的加速度时程数据,采用随机子空间法对实际结构的模态频率进行识别,依据识别结果,在参数灵敏度分析的基础上,根据最优化理论对该桥的有限元模型进行修正。研究结果表明,经修正后的有限元模型能真实准确地反映该桥梁结构的真实动力特性,可以作为健康监测中损伤识别、安全评估等研究工作的基准模型。     

基于荷载试验的圬工拱桥力学分析修正模型研究

以有限元分析模型参数更新理论为基础,提出一种基于荷载试验的圬工拱桥结构力学分析参数的识别方法。该方法参数更新的目标是使试验实测结构各力学效应与有限元模型计算所得理论值最为接近,进而识别出结构体系的各参数;经实例验证,用所提出的方法建立的有限元修正模型可实现对圬工桥梁结构力学效应的分析,从而可为同类桥梁结构承载能力评价和加固改造提供可靠依据。     

基于Kriging代理模型的异形钢桁架桥有限元模型修正

文章通过实例介绍了运用Kriging代理模型修正有限元模型参数的方法。选取宣城市滨湖路钢桁架桥作为研究对象,建立其有限元计算模型,通过环境激励试验,测量出桥梁结构的振动响应与基本频率,建立了关于桥梁结构参数与结构响应之间的Kriging代理模型。利用所建立的Kriging代理模型修正原有限元模型,并验算修正后的有限元模型的精度。研究结果表明,基于Kriging代理模型的有限元模型修正方法,可以利用桥梁的荷载试验结果对桥梁进行有限元模型的参数修正,Kriging代理模型的预测结果与实测结果吻合较好。     

大型桥梁结构损伤识别方法研究

结构损伤识别是大型桥梁综合监测系统的重要任何之一。本文介绍利用结构振动实测数据并借助于有限元模型修正技术进行桥梁结构识别的方法，包括几种用于结构损伤识别的模型修正算法，并给出解决实测自由度不足问题的两种方法，然后通过对一试验模型的模拟损伤试验，调查各理论方法的有效性和在实际结构检测中的运用情况。     

基于改进后的BP神经网络在混凝土桥梁损伤识别中的应用研究

混凝土桥梁的损伤识别与定位是目前的研究热点之一。本文在传统BP神经网络的基础上对其进行改进,并将改进后的BP神经网络应用在混凝土桥梁损伤定位与识别过程中。首先建立了识别桥梁的数值有限元模型,然后得到不同损伤情况下的桥梁自振频率和曲率模态值。将自振频率和曲率模态值作为改进后BP神经网络的输入参数,以有限元单模型中的损伤位置和损伤程度作为输出值,进而实现对桥梁结构的损伤定位和损伤识别。最后通过南京浦仪公路混凝土简支梁和连续梁为工程背景进行了验证。结果表明：采用改进后的BP神经网络可以很好的实现对桥梁的损伤定位和损伤程度的识别,并且具有很好的识别精度。即使在噪声存在的情况下,改进后的BP神经网络仍然可以达到很好的识别效果。     

温度影响下基于布谷鸟算法的钢–混组合结构桥梁有限元模型修正

结构在日常服役的过程中反复承受变化的温度荷载,温度变化会导致材料弹性模量的变化,进而影响结构的刚度,相应结构的动力特性也会发生变化。本文在建立有限元模型时将温度作为材料参数函数的一个变量,并基于Matlab建立了I-40钢混组合结构桥梁有限元模型并计算其自振特性。同时利用布谷鸟搜索算法(Cuckoo Search)在考虑温度对结构材料参数的影响下对有限元模型进行了修正。修正后的结构模态参数与实验数据吻合良好,最大频率误差小于2%,模态置信准则MAC值均在95%以上,修正后的有限元模型可作为后续结构损伤识别的基准模型。     

环境激励下钢板组合梁桥模态参数识别

结构模态参数识别是结构健康监测领域的重点研究问题之一,主要应用于结构损伤识别、安全评估、模型修正等多个方面。文章以一座四跨连续钢板组合梁桥为例,根据设计图纸,利用SAP2000有限元软件建立其初始有限元模型。根据健康监测系统采集得到的加速度时程数据,分别利用随机子空间方法(SSI)和基于离散解析模式分解方法(DAMD)对实际结构的频率、振型、阻尼比进行识别,并将识别结果和有限元法计算结果进行对比。研究结果表明,文章所述的两种参数识别方法对桥梁固有频率均有较好的识别效果,对于所测得的加速度响应时程较短的工况条件下,利用基于离散解析模式分解的方法相比于传统随机子空间方法可以更准确地识别出桥梁结构的阻尼比。     

在役T构桥梁的有限元模型修正

有限元模型修正是建立精确的基准有限元模型的基础。以在役T构桥梁——324国道乌龙江大桥为工程背景,利用ANSYS软件建立了全桥结构的三维有限元模型,进行了结构静、动力数值模拟分析,并与实测结果进行了比较;结果表明,未修正的有限元模型计算结果与实测结果存在较大误差。通过参数灵敏度分析,确定了对桥梁结构静、动力特性影响均较大的参数;采用零阶和一阶算法,基于自振频率与静力挠度组合的目标函数,对乌龙江大桥有限元模型进行了修正。修正后的有限元模型能较真实地反映结构的实际状态,可作为该桥梁长期健康监测与状态评估的基准有限元模型。     

环境振动下的钢管混凝土拱桥试验与分析

环境振动试验是检测大型桥梁结构的主要方法,检测得到的模态参数是判定桥梁健康状况的重要依据.本文基于随机振动理论,从雁滩黄河大桥在环境激励下获得的加速度测试信号中提取高信噪比的响应信号,采用频域峰值法和时域随机子空间法识别得到了该桥的固有频率、阻尼比和振型等模态参数,并与有限元模型计算结果进行了对比,验证了识别结果的可靠...     

随机车辆参数行车激励对桥梁实测频率的影响研究

在以桥梁结构振动频率作为损伤识别的参考时,针对现场随机车辆参数行车激励对桥梁实测频率的干扰问题,通过建立实验室缩尺模型桥,并采用模型小车模拟现场随机车辆参数行车激励的方法,对随机车辆参数干扰实测频率的问题进行了研究。研究结果表明,随机车辆参数会干扰桥梁实测频率。通过对实测频率进行概率统计获得桥梁结构振动的统计频率的方法可以有效解决在进行损伤识别时随机车辆参数行车激励对桥梁结构实测频率的干扰问题,为真实车辆行驶条件下的桥梁动力损伤识别提供稳定可用的关键指标。     

无网格法解土体二维固结问题

引入著名的邓肯—张模型,对平面应变下比奥固结问题进行了非线性数值分析,应用无网格伽辽金法推导出土体二维Biot固结的系统方程并编制了相应的无网格程序,最后通过一算例说明了该法的精确性和可行性。     

调谐液体阻尼器多模态减震实用优化设计方法

对调谐液体阻尼器用于结构地震响应的多模态控制优化设计方法进行分析,并针对优化过程中计算繁杂的问题,以多自由度结构模态叠加思想为基础,提出适用于工程应用的优化求解实用简化方法。通过数值算例,对简化方法所得到的TLD减震效果与未简化结果之间的差异进行比较,验证简化方法的合理性及工程适用性。     

裂隙岩体渗透特性反演分析

 提出裂隙连通率与连通系数的近似转换方法;采用该转换方法,建立含单组裂隙岩体的等效渗透张量;基于有限单元法,建立一套单孔定向压水试验数值模拟方法,并进行大量数值试验;以数值试验结果作为BP神经网络的训练样本,结合定向压水试验实测资料,提出反演裂隙岩体渗透特性(等效渗透张量)的方法,并通过工程实例验证该方法的可靠性。     

地震分析中的人工边界及其在LS-DYNA中的实现

 地震分析中的局部人工边界由于具有易于实现、稳定性较好的特点,目前在时域有限元法中得到广泛应用。基于球坐标系的膨胀波(P波)和剪切波(S波)理论,引入无限介质线弹性本构关系,并采用多个平面子波和远场散射波混合透射,推导一种新的三维黏弹性人工边界方程。在有限元分析中采用边界单元作等效处理,并将地震加速度记录转化为基底边界单元上的等效节点力进行输入,建立一种新的地震反应数值模拟技术。最后以人防工程结构的地震分析为例,利用有限元软件LS-DYNA分析弹性边界、透射边界及黏弹性边界对计算结果的影响。数值模拟表明,黏弹性人工边界简单实用,可解决地震动输入和自由场响应模拟问题,能更好地模拟人工边界外半无限介质的弹性恢复性能和能量辐射作用,并验证其有效性。     

RC环形截面偏心受压构件配筋计算新法

提出了确定钢筋混凝土环形截面偏心受压构件受压区范围的计算公式，从而避免了求解超越方程，通过算例和系统比较，证明此法精确度很高，可用于手算和电算．     

滑移索计算的张力分配与温度补偿法

滑移索在工程实践中得到了广泛应用,然而在当前的通用有限元程序中却没有相应的计算单元,因此本文提出了一种张力分配与温度补偿的计算方法,该方法可以利用通用有限元中已有的单元类型实现滑移索的准确计算。算例分析验证了这种方法的有效性。     

行波效应下黏弹性地基梁动力响应解析解

弹性地基梁动力问题通常采用解析法和数值法进行分析,当可以应用解析法计算时效率更高。采用Laplace和Fourier变换,推导得出了黏弹性地基上受恒定轴向压力和横向行波作用下的无限长Euler-Bernoulli梁的解析解。经与数值模拟结果对比,验证了解答的正确性;并以长隧道为应用实例,分析对比了行波频率、波速、轴力和地基刚度对长隧道动力响应的影响,并得出了隧道内力响应受行波频率影响,频率越低,隧道内力响应越大,以及隧道内力响应受行波波速影响,当行波波速接近临界波速时,隧道内力响应明显增大等结论。     

基于动静结合的桁架结构损伤识别研究

相对位移模态而言应变模态在桁架结构损伤识别方面更具优势。基于动态和静态损伤识别指标,提出动静相结合的新识别指标。新指标具有动测法和静测法的优点,能够在一定程度上过滤掉非损伤单元的干扰,较单独使用动态指标和静态指标更准确、更具优势。通过对一桁架结构的单处损伤和多处损伤进行数值模拟,并分别使用动态、静态和动静结合的三种指标进行损伤识别效果的比较,表明新指标更具优越性。针对算例中不同类型的构件同时损伤时,应变差较小的构件不易识别的不足,提出了二次识别或多次识别的解决方法。     

A numerical framework for underground structures in layered ground under inclined P-SV waves using stiffness matrix and domain reduction methods

A numerical framework was proposed for the seismic analysis of underground structures in layered ground under inclined P-SV waves. The free-field responses are first obtained using the stiffness matrix method based on plane-wave assumptions. Then, the domain reduction method was employed to reproduce the wavefield in the numerical model of the soil–structure system. The proposed numerical framework was verified by providing comparisons with analytical solutions for cases involving free-field responses of homogeneous ground, layered ground, and pressure-dependent heterogeneous ground, as well as for an example of a soil–structure interaction simulation. Compared with the viscous and viscous-spring boundary methods adopted in previous studies, the proposed framework exhibits the advantage of incorporating oblique incident waves in a nonlinear heterogeneous ground. Numerical results show that SV-waves are more destructive to underground structures than P-waves, and the responses of underground structures are significantly affected by the incident angles.     

遗传算法在斜条分上限法中的应用探讨

 应用斜条分上限解法求解边坡稳定、地基极限承载力等问题时,需要借助优化手段寻求最优的上限解。由于斜条分法中增加了条间倾角作为优化自变量,导致优化变自量增加,传统的数值优化算法经常陷入局部极值的陷阱。本文以无重力地基承载力问题为例,通过基于非均匀变异的微型遗传算法求解其临界滑移模式。发现改进后的遗传算法具有较好的全局搜索能力和局部收敛能力,能使问题较好地收敛到闭合解;采用改进遗传算法与单纯形法结合或滑裂面坐标和条块界面角分开优化的方式可以得到更为精确的解答。最后用该数值方法对地基承载力公式中考虑地基土重力的经验系数进行了对比验证。