基于环境激励的连续梁桥挠度评定方法研究

为研究基于环境激励的在役连续梁桥承载能力评定方法的可行性,根据《公路桥梁荷载试验规程》设计桥梁静载试验方案,利用随机子空间法测量识别桥梁在环境激励下的模态参数,结合桥梁有限元模型提取集中质量矩阵,对桥梁实测模态振型进行质量归一化,识别桥梁的实测位移柔度矩阵,预测桥梁在静力荷载作用下的实测模态挠度,最后结合规范对桥梁承载能力进行评定。以4跨连续梁桥为实例建立损伤桥梁有限元模型,基于有限元数值模拟环境激励,预测了该连续梁桥的柔度矩阵和试验荷载下的模态挠度,并与初始无损桥梁的理论设计挠度进行对比,计算了静载试验校验系数。结果表明:各测点挠度的最大相对误差不超过6%,基本满足工程精度要求,根据规范判断该损伤桥梁承载能力不满足设计要求; 该方法能够准确评估既有桥梁的承载能力,基于环境激励的连续梁桥承载能力评定方法具有较强的有效性和可行性。     

基于模态挠度的斜交桥静载试验数值方法

为了探讨不中断交通情况下进行桥梁静载试验的可行性,以斜交简支空心板桥龙山桥为研究对象,研究基于模态挠度的静载试验应用于斜交板桥承载力评估的计算精度问题。首先利用环境激励获得桥梁在运营状态下的模态参数,再采用附加质量法对桥梁模态振型进行质量归一化,计算桥梁的位移柔度矩阵,最后利用位移柔度矩阵和等效荷载分配的方法计算桥梁的模态挠度。建立龙山桥的有限元梁格计算模型,根据荷载试验规程设计了静载试验中载和偏载2个加载工况,利用龙山桥的前5阶模态参数计算位移柔度矩阵,预测桥梁在2个加载工况下各控制截面的模态挠度,并与有限元模型计算挠度和实测挠度相对比。结果表明:中载工况下模态挠度与计算挠度相比,相对误差均小于5%,控制截面最大计算相对误差为3.55%; 偏载工况下模态挠度与计算挠度相比,相对误差均小于6%,控制截面最大相对误差为5.15%,能够满足工程精度要求; 模态挠度能够有效代替桥梁静载试验的实测静载挠度,利用模态挠度评估桥梁承载力具有较强的有效性和可行性。     

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...     

预应力连续箱梁桥的动力有限元模型修正

以张家港河大桥为对象,建立主桥的初始有限元模型,基于频率指标和振型相关系数指标,定义了相比传统更合理的目标函数,利用实数编码加速遗传算法,基于环境激励模态试验的前7阶模态参数,对其初始有限元模型进行修正,并利用后3阶模态参数,对修正后有限元模型的预测能力进行评估。由修正结果和预测能力可知,采用上述指标定义的目标函数和实数编码加速遗传算法,对预应力混凝土连续梁桥的有限元模型进行修正,获得准确反映其实际动力行为的有限元模型。     

大跨度混凝土斜拉桥模态试验技术研究

随着大跨度斜拉桥建设的迅速发展,试验模态分析对于验证设计、建立结构动力学模型以及桥梁安全运行的状态评估具有重要意义。斜拉桥是由索、梁和塔三种受力特点完全不同的构件组成的组合体系,尤其是混凝土斜拉桥由于恒载内力较钢斜拉桥大很多,且振动信号衰减更明显,其模态试验比其它桥型更加困难。本文通过研究混凝土斜拉桥的模态参数特点,发展了一种包含两种方式基于环境激励的桥梁模态试验方法(UINO法),提出了利用互功率谱法进行模态参数识别的分析技术,并以此为基础开发了桥梁模态试验专用软件系统QL-SYMT。通过多座大跨度混凝土斜拉桥的模态试验证明,该系统不仅能有效识别出桥梁的模态参数而且方便易行。     

钢桁梁悬臂施工状态模态试验及有限元分析

为了获得钢桁梁在悬臂拼装施工状态的振动特性参数,以便对钢桁梁施工阶段的有限元计算模型进行校核;加工制作了某钢桁梁试验模型,采用DASP动态测试系统实测了模型梁的频率和振型,基于实测结果采用有限元计算软件MIDAS对钢桁梁模型进行了有限元分析,间接识别了螺栓的连接刚度。模型试验结果表明:模态试验测得钢桁梁悬臂施工状态的前3阶振型与有限元计算的振型基本吻合;基于修正后的有限元计算模型模态分析结果与实测结果误差小于4%,修正后的模型较好地模拟了结构的实际状态。     

基于动力性能指标的巴东大桥震后工作状态评估

如今大跨度桥梁的应用越来越广泛,其结构的健康监测和工作状态的评估已成为当今土木工程界研究的热点。近几年来,随着振动测试、模态分析、动力识别等技术的不断发展,为桥梁工作状态评估提供了可靠依据。该文以2013年12月16号发生过地震的巴东长江公路大桥为研究背景,采用环境随机激振法,对桥梁进行基于动力性能指标的振动测试,通过计算机进行模态识别技术得到被测结构的动力特性,进而利用动力性能指标对大桥震后的工作状态进行评估。     

超高索塔自立状态下环境振动试验与分析

以苏通大桥为背景,研究超高索塔自立状态下的振动行为.首先介绍大桥300.4 m高的超高索塔在施工阶段独立状态下的环境振动试验,采用峰值法、随机子空间法及随机减量法识别得到索塔多阶振动模态参数.同时,按照施工设计图建立索塔三维有限元模型(FEM)来分析其动力特性.最后通过将环境振动测试结果与FEM分析结果的比较,揭示超高索塔自立状态下的振动行为特征.     

基于随机子空间法的系杆拱桥模态测试分析

通过对某座采用顶推法施工的大跨径钢管混凝土系杆拱桥进行模态测试,基于随机子空间法进行模态分析,得到了桥梁结构前6阶振动模态参数;采用桥梁结构分析软件MIDAS建立有限元模型并对桥梁进行模态分析,提取了与实测前6阶模态振型相对应的模态参数。经过比较发现,桥梁实测模态振型、自振频率与理论分析结果相吻合,实测系杆拱桥的动力特性满足要求,同时验证了随机子空间法是桥梁结构模态分析的一种有效方法。     

珠江大桥动力特性测试与分析

利用频域中的单模态识别法(SDOFI)对珠江大桥——大跨度预应力砼连续刚构桥的现场环境振动试验数据进行桥梁动力特性识别。利用ANSYS建立了全桥三维有限元模型并进行了理论模态分析。     

非结构构件对城市高架桥动力特性的影响研究

由于桥梁结构动力分析一般忽略护栏、声屏障等附属设施对主体结构质量和刚度分布的贡献,为了构建精细化桥梁有限元模型来准确计算运营期的桥梁振动,开展了非结构构件对城市高架桥动力特性的影响研究。利用ANSYS软件建立了城市高架桥主体结构的有限元模型,基于模态分析获得了桥梁结构频率、振型方面的动力特性。同时,分别设置了护栏和声屏障以及两者共同作用的桥梁结构有限元模型,并对比分析了各自的模态特征,确定了不同非结构构件对频率、振型方面的变化规律。表明非结构构件会导致桥梁结构的局部振型增多,纵向、横向自振频率减小,竖向自振频率增大,结果更接近于实际状态。因此,在实际工程中需要考虑非结构构件的参振影响,对构建精细化桥梁有限元模型和动力分析具有重要的指导意义。     

单人步行荷载作用下多跨桥梁的动态特性分析

建立多跨桥梁的连续振动模型,通过对多跨桥梁进行分段处理,并利用拉氏变换得到其模态频率及振型方程,最后采用模态叠加法求解人行荷载作用下桥梁的竖向振动响应。通过理论模型和ANSYS仿真分析北京市某3跨桥的前4阶模态频率及相应振型,并得到在不同行人步行速度、步频作用下桥的动态响应特性,结果表明理论与仿真结果一致。该方法获得的解析解可用于研究人群荷载激励下多跨桥梁的动态响应。     

基于车辆静置的桥梁模态参数识别方法

针对传统工作模态参数识别中存在的振型难以质量归一化和传感器数量多，“移动车辆扫描法”存在对路面不平顺过于敏感和振型难以质量归一化等问题，提出一种采用少量传感器且对路面不平顺不敏感的桥梁模态参数(频率和质量归一化振型)识别方法。该方法将车辆停靠于选定位置，形成静置车辆-桥梁系统，测试系统频率；测完后移动车辆至下一位置，重新停靠后测试频率，以此类推，“随停随测，即测即走”,通过系列系统频率识别模态参数，因此称之为基于车辆静置的模态参数识别。首先，采用数值算例展示静置车辆-桥梁系统频率随着车辆静置位置的变化而变化的现象；其次，通过理论推导揭示静置车辆-桥梁系统频率演化与桥梁模态参数之间的物理关系；然后，提出通过测试系列静置车辆-桥梁系统频率来识别桥梁模态参数的流程并予以验证；最后，系统讨论车/桥质量比和车辆刚度等因素的影响。结果表明：提出的方法化振型识别为频率识别，只需少量加速度传感器，便能快速识别桥梁质量归一化振型。     

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。     

藏式宫殿建筑门厅结构动力特性识别与有限元模型修正

门厅结构是藏式宫殿建筑地垄结构中唯一的木构架承重结构。由于木构架的残损,可导致其刚度和承载能力均有所降低。为研究某藏式宫殿门厅结构的动力特性及安全性能,通过环境激励下的结构动力特性现场测试识别了门厅结构的东西向和南北向振动的前3阶模态参数。按照实际尺寸建立门厅结构的精细化有限元模型,通过模型设计参数灵敏度分析,确定边界弹簧刚度参数和顺纹承压木构件材性参数作为模型修正参数,基于实测结果采用参数型模型修正方法,使修正后模型的各阶模态频率计算值与实测值的误差小于5%,振型残差小于0.3,振型模态置信准则(modal assurance criterion,MAC)值大于0.9,表明修正后的模型可以较好地反映门厅结构的真实动力特性,可用于后续藏式宫殿门厅结构的状态评估。     

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。     

环境激励下高层建筑结构模态测试与有限元建模分析

对高层建筑在环境激励下现场实测以及随机振动分析,所获得的频率和振型等模态信息对于高层建筑结构的动力性能评估和抗震设计有着重要的意义。介绍广西来宾的高层建筑动力测试项目,对8栋高层建筑结构进行系统地随机振动信号测试,通过互相关函数分析和傅里叶变换从而得到结构的互功率谱,利用设置参考点进行分步试验获得结构的工作模态,从而获得结构振动的自振频率等重要参数。在PKPM软件和Sap2000软件中建立高层建筑有限元模型从而来获得结构振动的计算频率和振型。为了研究填充墙的刚度和质量对高层结构动力特性的影响,在Sap2000软件中特别建立三种有限元模型。通过研究发现测试所得到的结构的基频为常用设计软件PKPM计算基频值的2倍以上,另外合理地选用壳单元模拟剪力墙刚度并考虑填充墙质量作用于梁上能较准确地估计结构实测模态值。最后将本次对8栋高层结构测试所得到的基频与5个国家基本周期的经验公式估计值进行对比分析。     

钢筋混凝土立筒实仓结构模态试验研究

钢筋混凝土立筒仓动力特性参数是评估筒仓结构抗震性能和损伤状态的基础参数。本文以钢筋混凝土立筒仓为试验对象,开展了基于环境激励的现场实仓模态试验研究,得到了该实仓结构的前四阶固有频率、振型和阻尼比;利用模态分析验证了实测结果的有效性和试验方法的可行性,为在役立筒仓结构的损伤识别奠定基础。     

钢管混凝土拱桥有限元模拟及动力分析

阐述了利用有限元分析软件ANSYS建立钢管混凝土拱桥的计算模型的方法,并利用有限元模型对桥梁进行了理论模态分析,计算出自振频率、振型等动力参数,对其振型特征进行了分析和研究,以期全面的评价桥梁结构的动力性能。     

佛陈扩建桥钢-RPC组合铺装钢箱梁桥振动测试与模态识别

结构动力特性反映了桥梁质量和刚度分布特征,是桥梁动力分析的重要参数。为获得钢-RPC组合铺装正交异性桥面板钢箱梁桥的模态特征,了解桥面铺装刚度增大带来的结构整体刚度变化,采用基于参考点的环境激励法,通过在佛陈桥钢箱梁内布置多个测点,进行分批次测量,采用峰峰值拾取的方法识别了该桥多阶模态参数,测试的振型具有较好的合理性。