基于曲率模态曲线变化的桥梁损伤识别

针对传统损伤识别方法仅能对损伤位置进行确定,对于损伤程度识别效果较差的问题,根据桥梁出现损伤会使曲率模态曲线产生畸变这一特点,提出一种基于曲率模态曲线变化的损伤识别方法。以曲率模态参数指标为基础,对桥梁损伤前后其曲率模态曲线的变化进行研究。采用多项式拟合和BP神经网络拟合技术,根据桥梁受损后其曲率模态曲线畸变面积的大小来反向拟合出现损伤的位置和损伤程度。以一座简支桥为例,对其设定单损伤和多损伤工况进行研究分析,根据曲率模态曲线畸变产生的部位确定结构损伤的位置,并根据曲率模态曲线的畸变大小来拟合桥梁损伤的程度。结果表明:对于实际工程中经常出现的小损伤工况,该方法识别效果较好,可用于实际工程结构的监测。     

应用曲率模态理论识别实桥模型损伤的研究

在曲率模态理论基础上,针对目前损伤研究一般采用的简单等直梁或杆件等简化模型与实际桥梁差别较大的情况,参照实际城市道路桥梁建立有限元损伤模型,通过计算研究了大型桥梁损伤的结构响应特点,验证了曲率模态对大型结构整体损伤、局部损伤都有较好的敏感性,可为实际公路桥梁损伤的测量和识别提供参考。     

基于曲率模态法桥梁结构损伤识别的敏感参数研究

敏感参数的研究对于结构基于振动的损伤识别有着重要的价值.曲率模态法的基本原理是因损伤所致的构件截面的刚度突变而凸现截面的曲率突变.但其仍存在不足,一是各阶模态反映同一损伤的情况是不同的;二是用损伤前后的曲率模态差作为敏感参数,虽可凸现其损伤部位,但须有未损伤时的模态数据,这通常无法获得.为此,文中分别提出了两个改进的敏感参数,即平均曲率模态损伤因子和即刻损伤因子.利用ANSYS软件对简支梁桥、连续梁桥的损伤识别进行了大量仿真分析,验证了所提出的敏感参数的有效性.另外,还探讨了某一单元损伤程度变化、多个单元同时有相同损伤,不同单元有不同损伤,及结构有限单元的类型和划分精度等多种工况下,采用曲率模态方法进行桥梁损伤识别问题,并进行了二维和三维的不同截面形式损伤识别的仿真分析.理论上证明了所提出的参数可作为桥梁损伤识别的敏感参数,用曲率模态方法能较好地识别出桥梁结构损伤的位置和程度.     

基于均布荷载面变化率的桥梁损伤识别

为了利用桥梁结构的振动信息对桥梁关键部位进行损伤识别,提出以均布荷载面变化率作为损伤指标来识别桥梁损伤位置的方法。为了验证该方法有效性,采用一个简支梁有限元模型,考虑各个损伤位置与损伤程度对损伤识别的影响,将均布荷载面变化率与传统方法中的振型差和曲率模态差两个损伤指标进行了比较,数值模拟的结果表明,均布荷载面变化率的损伤新指标与振型差和曲率模态差两个传统指标相比,具有良好的损伤识别效果。     

基于曲率模态方法的钢桁架桥梁损伤识别

由于曲率模态（CurvatureModeShabe）是一个能反映局部特征变化的模态参数,它可以通过各阶振型来得到,所以在桥梁结构状态监测中有着良好的应用前景。论文对曲率模态方法理论进行研究,建立钢桁架铁路桥梁的有限元模型,进行曲率模态的研究。通过研究得到：随着损伤的加剧,各阶固有频率均呈下降的趋势,但变化不明显;从振型的变化也难以看出损伤的位置;随着损伤的加剧,曲率模态变化较明显,因此通过曲率模态的变化容易识别损伤的位置及损伤程度。     

基于曲率模态的钢筋混凝土梁多点损伤位置识别

采用曲率模态对钢筋混凝土梁的多点损伤位置进行了识别研究。首先用有限元程序建立结构模型,并计算出位移模态振型,然后用差分法计算出曲率模态;同时对实际结构进行检测,得到结构的振型并计算出曲率模态。通过有限元模型和实际结构的曲率模态计算得到结构损伤因子,通过分析该损伤因子,可以判断实际结构的损伤位置。数值模拟算例分析表明,曲率模态对结构的损伤较敏感,用该方法识别结构的多点损伤位置是行之有效的。     

曲率模态法用于网壳结构损伤定位的有效性分析

曲率模态法是针对梁式结构提出的一种损伤识别方法,其用于网壳结构损伤定位的有效性需要进行研究和证实。以一个单层球面网壳为例,对曲率模态法用于该结构的损伤定位进行数值模拟,分析网壳结构模态局部化对损伤定位效果的影响。损伤定位的判断标准为绝对曲率差最大值所对应的节点为损伤位置,指示该节点上的杆件发生了损伤。数值分析的结果表明,对于单杆件损伤,使用损伤前后密集模态的绝对曲率差进行损伤定位,效果很差,而使用损伤前后稀疏模态的绝对曲率差进行损伤定位,效果很好。可见,模态局部化对曲率模态法应用于网壳结构损伤定位的影响很大,因此,只有选择稀疏模态才能较好地避开模态局部化现象,在一定程度上保证曲率模态法用于网壳结构损伤定位的有效性。     

大跨度空间网格结构的损伤定位

本文建立了基于模态曲率法和人工神经网络技术相结合的、适用于大跨度空间网格结构的损伤定位新方法,即首先应用模态曲率法判断结构是否发生损伤并识别发生损伤的局部结构,然后对发生损伤的局部结构利用人工神经网络技术识别损伤的准确位置。通过分析和比较发现,以模态曲率为基础的损伤参数比较适合于大跨度空间网格结构的损伤定位,三种以模态曲率为基础的损伤定位参数按有效性进行排序,从低到高依次为模态曲率、模态曲率差、模态曲率变化率;针对天津奥林匹克中心体育场大跨度悬挑管桁结构进行了不同损伤状况的数值模拟,验证了所建立的损伤定位方法的适用性和有效性。研究结果表明:利用模态曲率变化率识别损伤发生的大致位置,当单榀桁架发生损伤时,识别的准确率达到100%,当多榀桁架同时发生损伤时,识别的准确率达93.7%;采用人工神经网络技术识别损伤桁架的准确损伤位置时,在无测量噪声影响下,损伤定位的准确率达到97.0%,且测量噪声对损伤定位准确率的影响很大。     

基于曲率模态的桥梁结构钢筋锈蚀损伤识别

介绍了曲率模态分析的基本理论,探讨了曲率模态在钢筋混凝土桥梁钢筋锈蚀识别中的应用,通过对一钢筋混凝土简支梁的数值仿真分析得出曲率模态指标可以识别出钢筋锈蚀的存在及发生的位置,还可以对钢筋锈蚀的程度进行分析,从而为曲率模态法应用到实际工程的损伤识别提供了理论基础。     

木梁基于曲率模态技术的损伤识别

利用有限元分析软件建立了木梁的损伤模型,获取了不同损伤参数的曲率模态;基于结构动力学中梁自由振动的理论,推导了木梁基于曲率模态的损伤程度判定理论;对人工模拟的损伤木梁进行了模态试验.结果 表明:曲率模态对损伤识别非常敏感,损伤位置可通过曲率模态图的突变判定,损伤程度可以根据突变程度判定;模态分析试验结果与有限元分析结果吻合较好;有限元算例和模态试验验证了损伤程度判定理论公式的适用性,采用曲率模态技术对木梁进行损伤检测是有效可行的.     

基于振型参数的装配式桥梁损伤识别研究

利用结构动力特性的振型参数对桥梁进行快速损伤诊断和定位,可以提高结构性能评价与损伤诊断的效率。本文以装配式预应力混凝土T梁为算例,通过定义位移振型和曲率振型的桥梁损伤识别指标进行损伤识别,计算结果表明采用位移振型和曲率振型的方法进行损伤识别和定位效果较好。     

基于曲率模态法的简支板桥损伤识别研究

探讨了曲率模态用于简支板桥损伤识别的可行性。首先介绍了曲率模态法用于损伤识别的理论基础,随后利用三维有限元模型模拟结构损伤,并用曲率模态方法对其进行了有效识别。根据有限元仿真结果,可以得出如下结论:曲率模态对结构的局部变化非常敏感,对于简支板桥当对其中一块板的损伤状况进行识别时,不会受其他板的干扰,即使是与之毗邻的板也不会对其产生影响。     

悬索桥损伤指标的适用性分析

依据精细的悬索桥有限元模型,分析比较了在无噪声情况下频变比指标、模态曲率差指标和静态应变差指标对悬索桥不同位置损伤的适用性.对主梁和吊索两种常见损伤类型的数值模拟发现,主梁损伤时,由于各阶指标之间信息的互补性,模态曲率差指标识别效果最好;吊索损伤则对结构整体频率的影响极其微小,无法用频变比指标来定位,此时静态应变差指标最为敏感.在试验的基础上,提出了根据损伤类型来综合运用频率变化比、主梁竖弯振型模态曲率变化以及静态应变差进行悬索桥的损伤定位的方法.     

大型油罐罐壁损伤识别研究

为了研究大型油罐罐壁结构的损伤识别,以西岸油罐艺术中心中实际油罐为例,讨论了基于模态曲率差的方法对不同损伤工况的损伤识别效果。通过ANSYS有限元软件建立足尺模型并得到罐壁径向模态振型,计算得到周向模态曲率和轴向模态曲率来识别损伤。研究表明:采用轴向模态曲率能够精确识别单处损伤和多处损伤位置,而且损伤位置越靠近顶部越容易被检测。因此,对于油罐罐壁的损伤程度识别,不能仅仅比较轴向模态曲率值的突变程度,需要结合损伤位置综合考虑。     

A Test Method for Damage Diagnosis of Suspension Bridge Suspender Cables

Suspender cables are one of the most vulnerable components of a suspension bridge; therefore, development of effective methods for damage detection is imperative. Many previous damage detection methods require an accurate finite element model, which is often difficult to obtain. This article proposes a model‐free test method for damage diagnosis of suspender cables that avoids this problem. The method includes two procedures: the mean normalized curvature difference procedure and the curvature difference probability procedure. Numerical results for single and multiple damage cases indicate that: (1) both procedures can be effective for damage diagnosis of suspender cables; (2) small damage can be more easily diagnosed in long suspender cables than short ones, for example, 5% stiffness reduction in long suspender cables can be diagnosed; and (3) noise is generally not a problem, because the signal‐to‐noise ratio can be improved by increasing the pulse excitation magnitude for a suspender cable. The proposed test method does not eliminate the need for manual inspection, but changes it from observation to a more quantified method. All of these points increase the potential of the proposed method for practical applications.