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。     

基于有限元与小波变换的弹性地基梁损伤识别方法研究

采用转角模态的小波分析方法研究了带刚度下降损伤段的弹性地基梁损伤识别问题.利用有限元分析求解带刚度下降段的模态参数,建立了基于转角模态小波变换识别弹性地基梁损伤的方法.以两端简支弹性地基梁为例,分别给出了地基梁无损伤、梁单独损伤、梁和弹簧同时损伤且损伤位置不同的有限元模型,计算得到了结构的转角模态,并通过转角模态小波分析来识别弹性地基梁内刚度下降段的位置.从识别结果发现,存在随机噪声的情况下,运用了转角模态小波变换方法,仍能识别出地基梁的刚度变化截面.数值算例证实了该方法的有效性和稳健性,研究结果对实际工程中的结构损伤诊断提供参考.     

横隔梁损伤对桥梁结构横向受力性能的影响研究

为研究横隔梁损伤对桥梁结构横向受力性能的影响,利用有限元软件ANSYS建立能够模拟横隔梁损伤桥梁横向受力的模型,分析各主梁横向影响线的变化.结果表明,横隔梁损伤会对桥梁结构横向受力造成不利的影响,其横向传递荷载的能力随损伤程度的加大而被减弱;且横隔梁损伤程度的大小直接影响各主梁所分配到的荷载;此外横隔梁的损伤会对不同位置的主梁产生不同程度的影响,距离损伤横隔梁越近的主梁,受到的影响越大.     

不同方法计算肋梁结构中次梁内力的误差分析

改变主、次梁线刚度比和荷载大小等参数,采用简化手动计算方法与采用ABAQUS有限元软件对钢筋混凝土单向板肋梁结构中的次梁在最不利荷载布置下进行弹性内力计算,得到两种计算方法的次梁内力误差。理论分析和实验结果表明：主梁的挠度和对次梁的转动约束是产生误差的主要原因;误差随主次梁线刚度比及次梁所受永久荷载可变荷载之比呈单调变化;某些截面误差超过5%,不可忽略,就此提出次梁内力局部调整系数表,使简化手工计算结果比较符合有限元软件分析的次梁内力值。     

确定变截面梁挠曲线方程的奇异函数法

介绍了求变截面梁挠曲线方程的奇异函数法. 该方法既可以确定变截面静定梁的挠曲线方程,也可以用来求变截面静不定梁的挠曲线方程与支承的约束反力.     

不同柱支承模型下矩形板的静力和自由振动分析

采用有限条结合弹簧体系的方法分析了薄板在不同柱雪承型支承下的静力和自由振动问题,用弹簧体系有效地模拟各种弹性柱支承,如有转角限制或无转角限制的弹性与刚性点支承,以及考虑柱的支承面积的局部面支承,通过数值算例讨论了不同支承模型对结构的影响,结果表明,本文方法可以用来模拟各种模型的柱支承。     

考虑剪切变形影响时变截面梁的挠度计算

选择合适的挠曲线方程和转角方程,采用能量法计算了变截面梁在考虑剪切变形影响时的挠度.该方法原理清晰,计算简便,精度较高,而且适于编程电算,对工程设计人员具有一定的参考价值.算例计算结果还表明,对于两端固定的变截面梁,当其截面尺寸较大和计算长度较小时,剪切变形对梁挠度的影响不可忽略不计.     

水平及抗弯约束对梁抗爆动力响应的影响分析

边界约束的差异会直接影响结构的抗爆动力响应及承载能力,建立了水平弹性约束和抗弯约束条件下抗爆梁在弹性阶段的数值差分计算方法和塑性阶段的理论解析方法,并计算分析了水平约束刚度、荷载形式以及屈服弯矩动力强化系数对动力响应的影响。计算结果表明,在塑性阶段,水平约束和抗弯约束影响结构的动态响应显著,水平约束使梁截面在变形过程中产生横向压力,抗弯约束直接限制刚体转动,均有效降低了梁位移动力系数,相对提高结构的承载力。相同约束刚度和荷载峰值条件下,平台荷载下结构的位移动力函数均高于三角形荷载下位移动力函数,说明动力荷载的作用时间越长,对结构承载越不利。另外考虑屈服弯矩的动力增强系数时,可提高结构的抗爆潜力。     

接缝和主梁损伤对装配式多主梁桥荷载横向分布规律的影响研究

为了验证不同损伤对装配式多主梁桥荷载横向分布规律的影响,并探讨基于横向分布规律的桥梁损伤识别方法,考虑接缝损伤程度、主梁局部损伤程度、损伤位置和损伤区域长度的影响,采用刚接板梁法对接缝和主梁损伤情况下装配式多主梁桥的荷载横向分布规律进行了研究。结果表明,接缝损伤后其两侧主梁的横向分布影响线与损伤前的影响线有交点;有损伤的主梁其影响线整体下降,且刚度剩余系数越小、损伤位置距跨中越近、损伤范围越大,下降程度越大;主梁与接缝损伤同时发生时,可通过与敏感梁单独损伤时的影响线进行对比来进行分析。根据损伤前后敏感主梁的横向分布影响线变化规律,可对桥梁的损伤类别进行识别,但无法识别具体损伤位置。     

薄壁高塔塔壁对塔内横梁的约束作用研究

电力工程中的脱硫吸收塔属于薄壁高塔结构,工艺要求在塔内设置一些横梁来支承专用设备.塔壁不仅对横梁提供竖向支承.还对梁端有一定的转动约束.提出约束弯矩系数β来衡量塔壁对梁转动约束作用的大小.通过大量非线性有限元计算分析,研究了荷载值大小、塔体壁板厚度、塔体半径、梁截面高度、梁截面惯性矩、塔体与横梁环向接触边长以及环向加劲肋对β值的影响.研究表明,薄壁高塔塔壁对塔内横梁端部的转动约束作用是不容忽略的.提出了计算β值的拟合公式和塔壁对内横梁约束弯矩的计算方法.     

基于挠度曲率面积差的桥梁结构损伤识别方法

挠度信息是桥梁健康监测的基础数据,能够为桥梁安全状态评价提供可量化的数据。本文通过分析挠度及其一、二阶导数（转角和曲率）之间的关系,提出了一种利用损伤前后荷载挠度曲线的曲率面积差（Area Difference of Curvature, ADk）来识别结构局部刚度损伤的方法。该方法采用测点数量将损伤前后的曲率曲线所围成的面积划分为若干单元,用各单元面积的平方与所有单元面积平方和的比值作为损伤定位参数,该参数的峰值可定位结构损伤位置。作为理论实例,在一座简支T梁桥的有限元模型中设置不同程度（5%~50%）和不同数量的局部刚度损伤,以各单元的曲率面积差为参数,准确定位了桥梁结构损伤位置。同时,对一座有机玻璃模型桥进行了损伤识别试验。结果表明,损伤位置处的曲率面积差远远大于未损伤位置,能够准确定位结构中微小程度的局部刚度损伤,且不同损伤程度下的曲率面积差与损伤程度无关,即使有测量噪声的情况下也能清晰定位出损伤位置。该方法有助于提高桥梁日常安全巡检的效率,量化检测数据,客观化识别结果,推动在实际桥梁工程中的应用。     

基于模态曲率理论及神经网络的简支梁桥损伤识别

针对多片简支梁桥损伤识别问题,提出了一种分步识别法。该方法综合运用模态曲率差及神经网络技术对结构损伤进行识别,能够有效地发挥两种方法的优点。最后以一座五片简支T梁桥为算例进行了数值模拟。模拟结果表明,该方法可以准确识别结构的损伤位置及损伤程度,是一种行之有效的简支梁桥损伤识别方法。     

基于应变模态及结构优化技术的结构损伤程度识别方法

应用结构优化技术对结构损伤程度进行识别.在结构损伤区域内,以每个单元拟识别的损伤程度指标作为设计变量,以结构局部区域内损伤前后应变模态差极小为目标函数,建立结构识别模型,采用序列线性规划法求解识别模型,算例表明此解可以很好地定位结构损伤的位置及程度.     

简支梁多位置损伤识别研究

曲率模态是结构损伤识别的敏感标示量,采用数值仿真方法,把曲率模态用于桥梁损伤识别.利用简支梁损伤前后一阶曲率变化率作为识别参数,便可明显确定其多处损伤位置.对相关样本参数进行归一化处理并引入噪声干扰,利用BP人工神经网络进行数值仿真计算,也能对其损伤程度进行有效模拟,验证了BP神经网络也有很强的泛化能力及容错能力.     

基于刚度矩阵的桥梁损伤识别研究

结构损伤本质上是结构局部刚度和质量的改变,反映在结构动力特性上是模态参数的变化.针对桥梁损伤往往只是局部刚度改变的情况,提出一种基于结构及其子结构的刚度矩阵,利用固有频率和振型确定子结构刚度矩阵的改变程度,以及改变了刚度矩阵的子结构的位置,来判断桥梁损伤的位置及其程度的结构损伤识别方法.从识别结果看,该方法能对桥梁结构的损伤位置及其程度做出准确的识别.,     

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。     

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.     

铁路和地铁桥梁结构噪声研究

分析桥梁结构噪声产生的机理和声振特性,介绍了国内外结构噪声的相关标准,综述了结构噪声的测试方法及计算方法,并指出了其不足之处,探讨了列车速度、空气、水等不同流体对结构噪声的影响,以及内部空腔结构和薄板等结构噪声特性,介绍了减小轨道结构振动、改变结构边界条件、增加结构刚度、改变桥梁截面等降低桥梁结构噪声的措施,指出多种措施的联合使用才是降低桥梁结构噪声的合理方法。     

基于结构健康监测系统的桥梁数据异常诊断研究

桥梁结构监测主要集中在对桥梁结构损伤位置和损伤程度的研究, 然而, 这是以桥梁结构健康监测系统数据有效为前提的. 在实际的环境里, 由监测系统自身故障引起的异常往往会对监测数据有一定影响, 使得监测系统产生损伤误报, 增加了虚警率; 同时, 由某些外部荷载引起的突发事件, 可能会对结构有严重破坏, 不利于桥梁的安全维护和管理. 为了保证桥梁的安全, 提高桥梁结构监测的有效性, 有必要对特殊事件进行异常诊断. 该文将一类识别方法应用到桥梁数据诊断中, 即通过核主成分分析和超球面一类支持向量机方法将一般监测数据和特殊事件数据有效区分, 并利用江阴大桥的加速度传感器数据验证了该方法在船撞、台风、传感器装机噪声和传感器跳变信号下的有效性.