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.     

环境激励下大跨度连续刚构桥动力分析模型修正

为了快速准确地对黄河某特大桥进行损伤识别,采用了一种环境激励状况下,基于优化理论的有限元模型修正方法.首先通过振动测试,利用环境激励下的功率谱峰值法,获得模态参数.使用ANSYS建立桥梁的参数化有限元模型,选取灵敏度高的刚度参数,根据最优化理论进行迭代修正,最终得到了黄河某特大桥有限元修正模型.通过对有限元模型进行动力特性分析,结果表明:修正后模型的模态特征值与实测值吻合度更好,前20阶主要振型的频率误差基本在2%以下,精度较高;修正后,桥梁混凝土整体弹性模量确定在每平方毫米340 000～370 000N之间,箱梁刚度分布基本符合现场的表观损伤调查结果.在正常通车情况下即可检测桥梁,无需交通管制,相对传统的人工激励方式,不会对桥梁构成额外伤害;利用现有的有限元软件ANSYS,不用计算繁琐的质量、刚度矩阵即可进行损伤识别,适合于大跨度连续刚构桥损伤识别的应用.     

损伤结构为基准态的单元模态应变能损伤识别

以有损伤结构为基准模型,以单元模态应变能变化率为损伤识别指标对新发展损伤进行识别。通过理论分析和一连续箱梁桥的数值模拟,结果表明该方法对旧损伤的增长和新发展的单一损伤、密集损伤、多处损伤的识别都很敏感,原有损伤不会干扰新发展损伤的识别,这对于桥梁结构特别是在役桥梁结构的损伤识别和健康监测具有实用价值。     

基于柔度曲率矩阵差的损伤结构识别方法

为了提高柔度法应用于结构损伤识别的范围和准确度,提出了一种柔度曲率矩阵差的损伤识别新指标,并在柔度法理论基础上进行了改进.通过简支梁和连续梁的算例对这种识别指标的有效性进行了验证,同时采用了另外3种识别指标进行了对比.结果表明：在单处损伤和多处损伤的情况下,使用该指标仅需前一阶模态数据就能对文中梁结构进行准确的损伤定位,并对结构轻微的损伤进行了准确识别.与文中的另外3种损伤指标相比,新指标具有明显的优势,且更具准确性和广泛性.     

新会市虎坑大桥软基病害检测

通过对新会市虎坑大桥墩柱倾斜、支座剪切破坏、桥面横移等病害的检测,在综合分析的基础上,认为病害的主要原因是对软土地基的危害认识不足所致;提出了处理和解决的建议.为软土地基上修建桥梁及桥梁养护提供了很好的借鉴.     

Substructure isolation and damage identification using free responses

Structural health monitoring (SHM) has become a hot and intensively researched field in civil engineering. Thereinto, damage identification play an important role in maintaining structural integrity and safety. Many effective methods have been proposed for damage identification. However, accurate global identification of large real-world structures is not easy due to their complex and often unknown boundary conditions, nonlinear components, insensitivity of global response to localized damages, etc. Furthermore, global identification often requires lots of sensors and involves large number of unknowns. This is costly, rarely feasible in practice, and usually yields severely ill-conditioned identification problems. Substructuring approach is a possible solution: substructuring methods can focus on local small substructures; they need only a few sensors placed on the substructure and yield smaller and numerically much more feasible identification problems. This paper proposed an improved substructure method using local free response for substructure damage identification. The virtual supports are constructed by Substructure Isolation Method (SIM) using the linear combination of the substructural responses. The influence of the global errors is isolated by adding the virtual supports on the main degree of freedoms (DOFs) of the substructure. Through the correlation analysis, the substructural modes are selected and used for damage identification of the substructure. A plain model of cable stayed bridge is used for the verification of the proposed method.     

考虑边界非理想的铁路桥梁挠度影响线分析与损伤识别

铁路桥梁多为装配式桥梁,因其边界条件介于理想铰支与固支边界间的非理想状态,而较难实现影响线分析与损伤识别。考虑装配式铁路桥的非理想支承特性,建立了带转动约束和竖向弹性支承边界的主梁模型,以模拟实际预制装配式铁路桥梁主梁,并引入基于对数正态分布模型的主梁截面初始不确定性参数。通过力法原理推导了该主梁挠度影响线的解析表达式,进而提出考虑边界非理想的铁路梁损伤识别方法。采用实测某装配式三跨连续组合梁桥挠度影响线,评价了该桥的承载能力,同时对所提方法进行了验证,并研究了挠度影响线测点位置、局部损伤位置与程度、测试噪声对主梁挠度影响线的影响。结果表明,基于所提影响线指标可以定位、定量边界非理想的装配式铁路连续梁桥某跨及其临跨的局部损伤,且更易于识别主梁跨中与纵梁结构损伤,指标抗噪性良好,实测影响线可用于评价装配式连续梁桥中支座连续性强弱,本文方法为实际铁路桥梁的挠度影响线分析与损伤识别提供理论借鉴。     

斜交拱桥病害分析与加固方案研究

本文以某斜交拱桥为研究对象,阐述其病害的一般现象,尤其是规则性裂缝。利用通用有限元软件ANSYS建模计算,对斜交拱桥进行空间受力分析,模拟结果解释了裂缝产生的的主要原因。在此基础上,提出两种加固改造方案,并进行分析对比,验证了所提方案的合理性。进一步对斜拱桥和正交拱桥等多种情况进行比较分析,所得结论对斜交拱桥的设计和加固改造有一定的技术指导作用。     

Damage detection of long-span bridges using stress influence lines incorporated control charts

Numerous long-span bridges have been built throughout the world in recent years. These bridges are progressively damaged by continuous usage throughout their long service life. The failure of local structural components is detrimental to the performance of the entire bridge, furthermore, detecting the local abnormality at an early stage is difficult. This paper explores a novel damage detection method for long-span bridges by incorporating stress influence lines (SILs) in control charts, and validates the efficacy of the method through a case study of the Tsing Ma Suspension Bridge. Damage indices based on SILs are subsequently proposed and applied to hypothetical damage scenarios in which one or two critical bridge components are subjected to severe damage. The comparison study suggests that the first-order difference of SIL change is an accurate indicator for location of the damage. To some extent, different levels of damage can be quantified by using SILs incorporating with X-bar control chart. Results of this study indicate that the proposed SIL-based method offers a promising technique for damage detection in long-span bridges.     

基于模态曲率改变率的拱桥损伤识别

针对拱肋单元不同位置同一单元的不同损伤、不同单元同一损伤的情况进行研究分析,通过有限元分析,研究了改进的模态曲率改变率对损伤识别结果的影响和敏感性分析,对桥梁结构损伤情况的识别方法进行了研究。以一座下承式拱桥作为模型进行试验,发现：拱肋在同一单元发生不同程度损伤时,改进的模态曲率改变率法的损伤指标IMCI发生了突变;拱肋在不同单元发生同一损伤时,改进的模态曲率改变率指标也会发生突变,说明该方法能够比较准确、有效地对结构损伤进行识别。     

钢管混凝土拱桥的模拟损伤动力诊断分析

探讨了钢管混凝土拱桥的损伤诊断方法。考虑到钢管混凝土拱桥结构的复杂性，提出基于桥梁动力特性，结合人工神经网络的3阶段分步法对钢管混凝土拱桥进行损伤诊断，先进行桥梁的异常检测，再确定损伤区段，最后评估构件的损伤程度。建立了三维有限元模型，对江汉三桥进行了动力模拟损伤诊断分析，验证了所述方法的可行性。     

高墩大跨度刚构桥悬臂施工阶段与成桥地震反应对比

在中国西部地震危险性较高的地区,建造了许多高墩大跨度的预应力混凝土连续刚构桥。一般采用悬臂施工技术,但其施工周期较长,可能在建设中遭受地震。为探究强震下处于悬臂施工过程阶段的刚构桥主梁及桥墩可能发生的震害,以经历汶川地震考验的庙子坪大桥为研究背景,建立了最大悬臂T构、边跨合龙后非对称单悬臂T构及成桥连续刚构阶段3种结构体系,以模拟悬臂施工从静定—单次超静定—多次超静定的转换过程。选取桥址附近台站实测的汶川强震动记录进行时程分析。结合成桥阶段庙子坪大桥的实际震害结果,对比强震下3种体系主梁应力及桥墩内力。结果表明：与成桥阶段相比,强震下处于最大悬臂阶段的墩梁固结处顶板、腹板同样容易开裂,但其它大部分位置不易开裂;处于边跨合龙阶段的边跨合龙段处顶板、底板,边跨1/5—2/5区域腹板,及墩梁固结处顶板、腹板的应力均较大,同样容易开裂,但中跨反而不易开裂;虽然两个施工阶段桥墩中高位置处纵桥向弯矩是成桥阶段的两倍以上,但不易开裂;墩顶、墩底易开裂,与成桥反应一致。建议施工期的A类连续刚构桥抗震重要性系数取0.76。     

大跨度预应力混凝土箱梁桥开裂病害

为了研究大跨度预应力混凝土箱梁桥的开裂病害与其空间应力状态的关系,采用8节点实体退化板壳单元编制有限元软件对大跨度预应力混凝土连续箱梁桥进行空间应力分析,研究恒载、箱梁刚度、有效预应力和温度等因素对箱梁截面最大主拉应力的影响程度和影响规律;探讨设计中采用的活载应力放大系数的取值合理性;提出了控制箱梁混凝土开裂的二轴强度...     

采用有效信号段自提取算法识别结构多损伤位置

为识别结构中的多处损伤,提出了一种采用有效Lamb波信号段自提取算法计算结构损伤指标的多损伤识别成像方法.该方法将结构的待检测区域划分为数个子区域,并根据Lamb波的传播时间和波速从传感器接收到的信号中自动提取出包含结构信息的有效信号.以该有效信号作为输入,计算每个子区域中基于信号相关系数所获得的损伤指标,最后采用RAPID算法对全部识别区域内的损伤位置进行识别和成像.以航空铝板为研究对象进行了实验验证研究,结果表明,该方法能快速有效地识别出多个损伤,并较为准确地实现损伤成像以描述损伤的位置.     

基于应变测试数据的梁结构损伤识别

本文采用结构应变测试信号,引入了伪比能概念,直接在时域内对梁结构进行损伤识别。为了减少损伤识别的分析计算时间、提高识别精度,采用了“两步法”识别法：第一步,建立了伪比能（Pseudo Strain Energy Density）损伤识别指标,利用其来进行损伤定位;第二步,在损伤定位的基础上,利用遗传算法对损伤部位的具体损伤程度进行判别。并通过编程连接了Matlab与ANSYS,形成了完整的基于遗传算法的结构损伤识别系统。最后,通过一钢筋混凝土三跨连续梁有限元模拟数据,验证了本文提出的方法的有效性。     

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。     

预应力混凝土箱梁桥日照温度效应研究

以广州观音沙大桥为工程实例,根据现场测试结果,提出一种实用算法,用于模拟混凝土箱形梁桥的日照温度效应.建立箱梁横断面的温度分布模型,将温度载荷转换为等效结点载荷;建立空间梁单元模型,计算桥梁结构的挠度和应变,并考虑环境气温对预应力钢索应力的影响.该算法可应用在施工监控中实时调整桥梁结构的挠度和预防温度裂缝.     

基于小波包分解的数据融合损伤识别方法

目的为了充分利用来自多传感器的冗余、带噪声数据，提高结构损伤识别的精度．方法利用小波包良好的时一频特性，首先用小波包分解对结构响应进行处理．提取信号的不同特征参数，然后利用不同的特征向量对结构分别进行损伤识别，最后应用融合技术对不同的识别结果进行融合处理．并用一个七层钢结构框架的多损伤识别验证了该方法的有效性．结果结果表明，该方法能够极大地提高了结构损伤识别精度．结论运用小波包分析提取信号的特征参数与数据融合技术进行损伤识别．并使二者有机的结合是结构健康监测与检测的有效途径与发展趋势．     

大跨度缆索支承桥梁基础冲刷动力识别方法

为快速评估运营阶段桥梁基础冲刷状态,提出一种基于实测模态与模型更新的冲刷动力识别方法,并在杭州湾大桥桥塔冲刷检测中进行应用.分别于2013年、2016年对杭州湾大桥上部结构进行了两次环境振动下的加速度数据采集工作,并进行模态分析,得到两次测试所对应的结构自振频率与振型.同时利用有限元分析软件采用鱼骨模型进行上部结构数值建模,采用土弹簧进行下部结构桩土效应的模拟.首先利用冲刷非敏感模态的实测自振频率对数值模型中的桩侧等效弹簧刚度进行模型更新,直至得到与实际相符的桩土边界条件.进而利用冲刷敏感模态自振频率的实测变化值,对有限元模型中的基础冲刷深度进行模型更新,直至数值模拟变化值与实测变化值相一致,从而定量识别出3 a内基础冲刷深度的发展.最后,利用水下地形测量数据完成对该冲刷识别方法准确性的验证.研究结果表明:该方法利用桥梁上部结构实测模态变化进行下部结构基础冲刷模型的更新是可行的,基础冲刷深度的识别是准确的,可解决长期以来需要水下作业才能完成桥梁基础冲刷检测的技术难题.     

大跨径人行天桥静、动载试验检测与评价分析

对长安大学人行天桥进行静、动载试验检测,基于结构损伤识别和承载力评定原理建立了桥梁的有限元数值分析模型,针对该人行天桥的结构特点、结构外观检查结果和使用现状设计了静、动载试验检测方案。对现场静、动载试验数据和数值模拟结果进行了对比,并对该类桥梁结构的承载力与安全性评估、健康检测及损伤诊断过程进行了具体的分析和介绍;对结构性能和使用状态进行了综合评价,并根据其结构损伤和病害特点进一步提出养护方案。结果表明,该桥虽受力状况复杂,但使用状况基本完好。