基于模态应变能方法的简支梁损伤识别研究

以一简支梁为例,用有限元软件ANSYS建模并进行模态分析,用模态应变能方法对其进行损伤识别研究,将模态应变能变化率方法与模态应变能指标结果对比分析,说明此模态应变能指标是有效的损伤识别参数.     

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。     

基于跨模型模态应变能指标的网架结构损伤定位

提出新的模态应变能指标来定位具有较大识别规模的网架结构损伤. 所提指标不仅改进了表达式,还引入了跨模型模态应变能的概念. 与传统模态应变能仅利用损伤结构的模态振型不同,跨模型模态应变能同时利用未损结构和损伤结构的模态振型. 定性分析与蒙特卡洛分析均表明,与传统模态应变能相比,跨模型模态应变能受测量误差的影响较小. 针对某392杆网架结构的数值分析表明,指标表达式的改进对所提指标抗噪性能的提升起主要作用,而跨模型模态应变能的引入有利于进一步改善所提指标的鲁棒性. 所提指标比传统指标具有更强的抗噪能力,更适用于具有较大识别规模的网架结构损伤定位;选取较多的模态参与计算有利于增强所提指标的抗噪能力.     

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。     

损伤定位中应变模态指标的改进研究

由于传统的应变模态差指标峰值大小随损伤程度而变化,在利用应变模态差指标作为神经网络输入来识别损伤位置时,就很可能产生误判,为消除损伤程度对应变模态差指标的影响,本文对应变模态差指标进行改进,并给予了理论证明,并通过悬臂梁数值仿真算例进行验证。验证结果表明,所建议的改进方法指标与理论研究一致。     

基于应变模态分析的损伤识别方法研究

针对传统的结构损伤识别指标对结构早期局部损伤不敏感的现状,基于应变模态参数识别技术,研究了一种能识别早期损伤位置和损伤程度的损伤评价指标.该指标是测量结构上一系列关键点的应变,运用应变模态参数识别技术获得应变模态振型,并构造应变模态差这一损伤评价指标,达到了识别结构早期损伤位置和损伤程度的目的.数字仿真和实验结果表明,...     

基于应变模态和贝叶斯方法的杆件损伤识别

提出了一种基于空间杆系结构应变模态和贝叶斯统计方法的损伤识别方法。对于空间杆系结构,认为其杆件只承受轴向应力,因此,由节点位移可得出各杆件应变。文中采用一个转换矩阵来表示这种关系,进而得出应变模态的摄动矩阵。然后,对可能损伤的杆件乘以一刚度系数,由于应变模态误差能用高斯分布近似模拟,应用贝叶斯统计方法便可得到这些参数的概率密度函数。由此函数值的最大化构造目标函数进行优化,通过得到的各参数的最优解就能判断杆件的损伤状况。最后,通过数值算例对该方法进行了验证。     

基于应变模态差的连续梁损伤识别方法研究与应用

目前中国许多地区都在大规模修建桥梁和高架桥,桥梁成为交通工程中必不可少的一部分,它的健康运行关系到国家的经济、人民的生命财产以及社会的稳定。为了保证桥梁的健康运营,对桥梁进行监测已成为必不可少的关键环节。主要以应变模态为基础,采用应变模态差作为损伤识别的指标对桥梁进行损伤识别,通过有限元软件模拟三跨连续梁的损伤状况,利用应变模态差对其损伤位置进行识别。结果证明:应变模态差能够有效识别结构的损伤位置,并借助此方法对现有桥梁的损伤情况进行评估。     

基于应变模态的网架结构损伤识别模型试验研究

制作了大比例的空间钢网架结构试验模型,并采用将部分原杆件替换为截面面积较小杆件的方式模拟了结构的损伤,包括上弦、下弦、腹杆等单构件的损伤以及它们之间的组合损伤.通过锤击法直接测试分别获得完好及不同损伤工况下试验模型的部分应变模态参数,将各损伤工况与完好工况下试验模型的应变模态参数进行对比,可以成功识别出网架模型损伤的发生以及部分较为重要杆件损伤发生的位置,随后对试验中不同杆件损伤识别效果的规律进行了归纳,并在结合该网架试验模型动力特性数值分析结果的基础上对损伤识别效果的原因进行了分析,为网架结构损伤识别的实际工程应用和开展相关研究提供了参考和借鉴.     

基于应变能均化指标和云模型的结构损伤识别

为了解决测量噪声等引起的损伤识别不确定问题,提出了基于应变能均化指标和云模型相结合的识别方法。分析了结构的模态应变能以及两种损伤指标,并考虑到模态应变能耗散率指标和等效指标之间的互补性质,通过均化方法建立了模态应变能均化指标;给出了云模型的基本理论,分析了云模型的数字特征、云处理算法以及确定度计算方法;结合随机测量噪声等引起的不确定性问题,建立了基于应变能均化指标和云模型的损伤识别方法。数值计算结果表明,应变能均化指标的识别结果略优于应变能耗散率指标和应变能等效指标,当考虑随机测量噪声时,云模型与应变能均化指标相结合的方法可以较好地进行含噪数据的损伤识别。     

考虑模态更新的断索作用下斜拉桥动力响应分析方法

为了考虑斜拉桥拉索断索全过程特征和桥梁结构模态时变特性的影响,反映断索事故中斜拉桥结构动力响应的全过程特征,提出一种考虑断索过程模型和结构模态信息更新的突发断索作用下斜拉桥动力响应分析方法,利用数值模拟主要开展了依托斜拉桥桥例分析典型断索场景下桥梁的动力行为特征和研究断索持时对桥梁动力响应特征的影响规律的工作。结果表明:考虑断索过程特征的模态更新方法较不考虑的情况桥梁结构动力响应峰值增幅近10%,同时整体响应也出现略滞后现象;当不同部位单根主塔拉索断裂时,总结得到了全桥主梁结构动力响应较大类型及峰值位置;发现当断索持时大于结构基本周期时,结构动力放大系数变化较小且幅值接近于1.0;当断索持时为0.01~1.0倍结构基本周期时,随着持时缩短结构响应的动力放大系数变大直至峰值。研究结果可为同类桥型考虑突发断索的设计和事后结构评定提供借鉴和参考。     

基于MOPSO算法的斜拉桥索力优化分析

针对斜拉桥设计和监控计算中合理成桥状态和施工状态索力的确定问题,提出了一种基于MOPSO算法的斜拉桥索力优化方法。该方法在PSO算法的基础上通过增加外部储备集和优化更新策略来适应多目标、多约束的索力优化,较单目标优化方法仅有单一解的局限性,MOPSO算法考虑因素更全面,得到的Pareto最优解集可供决策者根据经验进一步筛选。采用Python编程语言,联合有限元软件编写基于该方法的优化程序,选取主塔、主梁的弯曲应变能之和,主塔成桥后在恒载作用下的纵桥向位移平方和作为目标函数,以施工过程及成桥后结构处于安全状态和索力总体分布均匀作为约束条件。工程算例优化结果表明,该方法能够快速搜寻到Pareto最优解集,并从中筛选出最优解,其结构应力处于安全范围,主塔线形合理,索力总体分布均匀。该方法可应用于斜拉桥成桥和施工阶段索力的确定及梁拱组合体系桥梁吊杆索力的确定。     

应用碳纤维索的大跨度斜拉桥结构振动特性

应用考虑拉索局部振动影响的计算理论，对主跨为1.4 km的碳纤维索斜拉桥设计模型进行了结构振动特性分析。从振型、自振频率和振型能量分布等方面比较了碳纤维索和钢索对大跨度斜拉桥结构动力特性的影响以及发生索桥耦合振动的可能性。计算结果表明，轻量碳纤维索自振频率高，全桥的拉索第1阶频率分布在0.43～2.15 Hz，普遍高于桥梁主要振型的频率，发生索桥共振的可能性较小；自重大的钢索第1阶频率分布在0.16～0.79 Hz，覆盖了桥梁低阶振型的频率，在主要振型中出现了明显的索桥耦合振动现象。根据主要振型的能量比例分布，在竖弯振型中碳纤维索的振型能量比例略小于钢索，这有利于改善斜拉桥结构的振动问题。研究结果证明了碳纤维索在大跨度斜拉桥中具有很好的应用性能。     

基于柔度矩阵法的大跨斜拉桥主梁的损伤识别

根据柔度矩阵的概念,构造出了一个损伤指标.采用有限元方法,对1座设定主梁不同位置发生损伤的大跨度预应力混凝土斜拉桥进行动力特性分析,提出了利用局部最优原则并根据指标曲线峰值点来对损伤进行判定的方法.研究表明,损伤指标可对主梁结构中不同位置设定的损伤进行识别判断;损伤指标随着结构损伤程度的增大而增大,当结构损伤程度不超过40%时,两者之间呈现出线性比例关系,而当结构中产生了很严重的损伤时,损伤指标随着损伤程度的增大而以幂指数的形式剧烈增大.损伤指标的识别精度与测点数目及测试误差有关,当测点数目减少一半时,损伤指标仍可识别出结构中设定的损伤,对模态参数做多次平均处理,有助于减少测试误差,提高损伤指标的识别精度.     

基于应变模态变化率的弯曲薄板结构损伤研究

以应变模态变化率作为识别参数,以弯曲薄板为研究对象,采用改变单元厚度的方法模拟结构损伤,应用有限元对结构进行模态分析和瞬态分析.模态分析获取板结构应变模态,以对称位置应变模态变化率的改变确定损伤,以改变值的差值大小判断损伤程度;瞬态分析以单元处应变模态变化率突变值,作为损伤定位和损伤程度判断.结果表明:应变模态改变率对于结构的损伤的敏感性强,易于定位.在此基础上给出了通过模态变化率直方图进行损伤识别定位的新方法,与应变模态的损伤识别方法比较表明验证该方法是有效的.     

斜拉桥拉索振动控制新技术研究

大跨度斜拉桥拉索具有较小的质量和极低的阻尼,在风、雨等外部激励下极易发生振动,对拉索振动产生的原因及其特征进行研究,提出一些可行的拉索减振措施.     

Analysis of precision and error of cable force identification of cable-stayed bridge

In this paper,in order to improve the precision of cable force identification of a practical cable-stayed bridge and consider some precision problems of vibration method in surveying the cable force in the engineering application,firstly,three calculation methods for the cable force measurement are analyzed and contrasted;secondly,using the method of finite element numerical simulation and the theory of the error analysis,the effect of both bending rigidity and constraint conditions on simple formula of vibration method is investigated;and the dependence of the precision of cable frequency identification on spectrum resolution,sampling time,and the number of sampling points is studied;Finally,fundamental frequency method,frequency difference method,and peak value method are applied to the cable force calculation of a practical project;and their computational precision and error are contrasted and analyzed.It is observed that it is essential to take into account the effect of every factor on the precision of the cable force identification and make it possible to identify the cable force more accurate by vibration method;and that it simultaneously provides an effective basis for the development of a high-precision equipment.     

基于灰色系统理论的寒冷地区斜拉桥索力状态预测方法

基于灰色系统理论,建立了斜拉桥索力状态预测模型,该模型采用全桥索力的灰色关联度作为索力状态的评价指标。由于寒冷地区,索力所经受的环境温差较大,因此,分析了环境温差对索力状态的影响程度。利用温度影响规律对索力状态预测模型中的原始序列进行加权,剔除了预测模型中环境温度的影响,提高了预测精度,使得预测模型能够适用于寒冷地区的索力状态预测。最后以某斜拉桥的索力监测工程为例,验证了预测方法的正确性和可行性。