箱梁与缆索承重桥梁理论2019年度研究进展

以经典力学理论及有限单元法为主要研究手段,建立各类桥梁结构在各种工况下的解析（近似）解或数值解,探求各类桥梁结构的力学性能,是桥梁结构分析理论的研究范畴。近年来,随着如波形钢腹板箱梁桥、多塔斜拉桥、多塔悬索桥等新的结构形式的出现,桥梁结构分析理论中箱梁的空间分析理论及缆索承重桥梁分析理论两个传统课题取得了长足的进步。为了能够更好地适应当前桥梁建设形势,服务工程实践,回顾了相关研究,对文献内容进行分类分块报道,主要阐述了波形钢腹板箱梁理论、传统箱梁空间分析理论的拓展、多塔悬索桥中塔效应、缆索承重桥梁的极限承载力及钢-UHPC桥面系的相关研究成果,并引申探讨箱梁及缆索承重桥梁理论精细化分析方法存在的不足之处,总结相关的实际工程应用情况,对后续研究提出建议。     

箱梁与缆索承重桥梁理论2020年度研究进展

在以大跨、轻质、高强为标志的现代桥梁结构中,箱梁与缆索承重桥梁结构是两大重要的分支。笔者曾系统综述其相关理论的2019年研究进展,具体包括波形钢腹板箱梁理论、传统箱梁空间分析理论、多塔悬索桥缆鞍相互作用、缆索承重桥梁极限承载力及UHPC技术在缆索承重桥梁中的应用5个方面,为了及时掌握相关的研究动态,对2020年关于以上内容的研究进行梳理与总结,并增加了缆索承重桥梁体系的最新发展。研究结果表明,结构体系的持续创新为精细化箱梁与缆索承重桥梁理论的不断深化提供了契机。     

桥梁管理系统与结构健康监测系统的信息融合

通过对桥梁管理系统与结构健康监测系统的应用现状分析,发现两大系统没有进行良好地融合,各自独立,造成资源浪费、所获得的结果不全面等问题。论文基于对两系统的特点及应用情况研究,进而对两种系统融合的必要性和可行性进行了分析。最后,通过对桥梁管理系统中的主要模块之一——状态评估中两系统如何进行信息融合,给出了两系统融合的具体做法。信息融合后的桥梁管理系统可以得出更加实际的桥梁状态评估结果及桥梁的剩余寿命预测结果,进而为桥梁管理的决策者制定出更加实际有效的桥梁维护策略提供依据。     

服役混凝土桥梁实时疲劳状态评估

因动载反复作用,钢筋混凝土桥梁疲劳状况越来越引起人们的高度重视,为了评估服役中钢筋混凝土桥梁的疲劳状态,提出了基于受压区混凝土破坏准则的服役桥梁实时疲劳状态评估方法。首先,根据反复循环加载疲劳破坏时的最大总应变与单调加载软化段中最大应力对应的应变相当这一规律,明确了受压区混凝土疲劳破坏准则;其次,在制定阈值的基础上,借助MATLAB编程,实现了实时监测数据的统计和实时监测数据概率密度函数的获取;最后,基于提出的方法,对高黎贡山大桥进行了疲劳状态评估,针对966180测点,给出了产生某一应变的疲劳失效概率。     

基于信息融合的变压器状态评估方法研究

针对变压器状态评估的“是非制”不利于对变压器状态维修,提出5级变压器状态的评估方法。针对当前普遍施行的变压器预防性试验数据,对变压器的状态信息进行了系统地分析,提出基于信息融合的方法采用预试数据对变压器状态进行评估,并以变压器的主绝缘状态评估为例进行说明。结果表明,该方法能够实现对变压器主绝缘状态的科学评估。     

桥梁结构健康检测与评估方法发展现状综述

介绍了桥梁结构健康检测与安全评估中的发展现状．详细说明了局部损伤检测的主要方法和工作原理．介绍和评价了整体损伤计算方法，并对桥梁的安全评估进行了综述．     

基于证据理论的航空发动机状态评估

针对航空发动机状态监测数据的参数多、不确定性和冲突性,将航空发动机作为研究对象,构建了基于D-S证据理论与RBF神经网络相结合的健康状态评估模型。首先选取关键传感器参数,进行归一量化处理并计算各参数权重。其次,将隶属度状态作为神经网络的输入进行训练,得到各子模块的输出,根据信息融合和决策规则得到具体健康状态等级。最后,通过具体算例验证该方法的可行性和有效性,以达到改善航空安全水平的目的。     

基于模糊模式识别的结构损伤状态评估研究

在考虑随机信息、模糊信息的基础上,采用正态隶属度函数构造出具有重叠关系的结构损伤状态模糊集;通过引入专家状态相似矩阵,建立以欧式贴近度最大为目标的数学模型,进一步求解得到最优隶属度函数;以此为基础采用择近原则对结构损伤状态进行评估.将文中构造的算法嵌入到结构健康监测系统中,可为现役结构的健康诊断提供依据.算例表明,文中建立的方法行之有效并且具有很好的通用性,具有实际工程应用价值.     

基于模型智能修正的桥梁健康状态评估

利用神经网络方法来修正结构模型,然后再进行桥梁状态评估.在模型修正中引入模态频率和模态柔度指标作为神经网络系统的输入指标,修正后的结构数值模型能够准确反映桥梁的实际健康状态.通过巴东长江大桥实例进行了可行性验证,然后在此基础上进行各种计算工况的加载,可以评估当前桥梁的实际状态.     

自适应神经模糊推理系统在桥梁状态评估中的应用

以钢筋混凝土中小跨径梁式桥为对象,根据结构特征和《公路养护技术规范》(JTJ 073 96)建立了主梁耐久性评估指标体系,确定了评估指标的分级标准,开发了基于自适应神经 模糊推理系统（ANFIS）的主梁耐久性评估系统.提出了根据统计学原理模拟桥梁检查数据和专家意见调查数据的方法,比较了教师数据数量对系统训练结果的影响.模拟教师数据验证结果表明,系统具有良好的学习能力和实际应用能力.应用某市三环路上的13座桥梁110根主梁的实测数据,验证了学习后的系统能够快速有效地模仿专家非线性模糊推理能力.     

中下承式吊杆拱桥事故分析及对桥梁检测启示

分析桥梁事故发生的原因及特点,并总结已发生桥梁事故的教训;立足桥梁检测的角度,分析中下承式吊杆拱桥检测中的重点、注意事项,讨论此类桥梁研究的内容.     

斜拉桥恒载索力长期变化趋势分析与评估

为获取恒载索力,以在役斜拉桥封闭交通时的索力监测数据为研究对象,通过温度与索力的相关性分析,得到索力与温度呈线性关系的结论,并通过有限元模型计算结果进行验证;通过有限元模型对不同斜拉索索力的温度敏感性进行分析,得出温度对塔两侧较短索、边跨辅助墩附近较长索以及中跨长索索力影响较大的结论;利用斜率关联度和变权综合原理,根据成桥后9年内的数次封桥监测数据,对索力状态进行评估.结果表明,提出的索力评估模型能有效反映索力的均匀变化和非均匀变化趋势.     

大跨钢斜拉桥实测结构温度场分析

为掌握大型钢斜拉桥的温度分布特点以及确定结构温度效应分析的作用形式,以南京长江三桥温度监测数据为基础,研究大跨钢斜拉桥温度场的特点.首先介绍温度传感器的布置形式,然后分析构件温度随时间的变化规律及考虑太阳辐射条件下其与大气温度的相关关系,随后研究钢箱梁竖向、横向以及索塔的温度梯度特征,最后利用广义帕累托分布模型对100 a重现期的温度作用极值进行预测.研究结果表明:钢箱梁温度与大气温度线性相关,且斜率参数随辐射强度的增强而增大;钢箱梁竖向温差的最大值出现在夏季,其分布形式与BS 5400的规定较为接近;钢箱梁顶板横向温差最大值出现在冬季,其温度分布为多折线形式;塔柱的最大温差出现在冬季,数值为9.94℃;除了钢箱梁竖向温度梯度,其他温度作用极值估计的结果均大于规范的规定.南京长江三桥温度场的分析结果为钢箱梁斜拉桥温度效应分析提供了依据,同时也为桥梁设计规范修编和养护管理提供数据支撑.     

索托结构中拉索预应力水平的优化研究

为研究预应力对索托桁架体系内力和挠度的影响,引入预应力水平概念,对单榀索托桁架结构进行了有限元分析.通过自由度耦合和变刚度弹簧单元来模拟索托节点,考虑预应力摩擦损失对结构性能的影响,对不同预应力水平情况下结构体系的受力性能进行分析.探讨了不同预应力水平下,结构体系变形和构件内力的变化规律,并给出预应力水平控制的参考建议.研究结果表明:采用自由度耦合和变刚度弹簧单元来模拟索托滑移节点的方法收敛性好,能够满足工程计算精度的要求.索的预应力水平在0.4到0.6之间可对桁架挠度和杆件内力起到有效的控制作用,使桁架与柔性拉索协同工作.     

基于优化索力的斜拉桥索力状态评估研究

在恒载索力优化模型基础上，以荷载组合作用下的弯矩包络图正负绝对值相等时的恒载弯矩分布作为优化目标，通过约束主梁线形及索力不均匀系数，最终确定斜拉桥的合理恒载索力.建立了斜拉桥索力状态评估模型，并以优化的恒载索力为索力评估的基准值，引入索力上下限以及斜率关联度，利用层次分析法和变权综合原理，根据一组实测数据对索力性能进行评估.计算结果表明，实测索力与标准索力之间具有较高的关联度，随着均衡系数α的减小，索力评估结果是一个退化的过程.     

斜拉桥监测索力的时空评估方法

为更准确地反映监测索力的综合状态,提出一种考虑索力时间和空间特征的评估方法.借鉴桥梁风险矩阵决策方法,将时间指标和空间指标置于一个矩阵中进行评估决策.时空评估等级分为四级,分别为蓝色Ⅰ级、黄色Ⅱ级、橙色Ⅲ级和红色Ⅳ级.时间指标同时考虑索力变化速率和变化幅度,其中,索力变化速率通过时间序列分析得到,变化幅度通过索力变化率绝对值计算得到.空间指标主要反映由偏载、单索损伤等因素造成的斜拉桥两侧索力的偏差程度,采用Canberra距离表征.以南京长江三桥7 a监测数据为例,对20根长索进行索力时间和空间的综合评估,得到群索评估表和评估等级分布图.结果表明:监测索力符合时间序列特性,可采用一元线性回归模型提取趋势项;斜拉索的时空评估等级在Ⅱ级及以上,主要原因有索力变化趋势过快和上下游索力差异较大.评估分布图为斜拉索的人工检查提供更有针对性的指导.     

斜拉桥多指标证据融合的综合评估方法

针对既有公路桥梁评价标准在大跨径桥梁状态评估方面的局限性,开展了斜拉桥的综合评估方法的研究.在现行公路桥梁技术状况评定标准基础上,增加部分斜拉桥特有要素以及长期监测数据,建立了一套新的斜拉桥综合评估指标体系.考虑传统加权计算方式易掩盖子指标之间评分差异大的状况,引入可信度,建立了斜拉桥多指标证据融合的综合评估模型:底层指标的评定标准采用分段线性模式,其基本可信度由隶属度和权重决定,模糊隶属度可由岭型分布函数计算得到;上层指标的可信度由一种改进的Dempster组合规则合成.以江苏省内某大跨径斜拉桥建成10 a后的定期检查内容为例,分别用规范的方法以及改进评估方法对比分析.结果表明,改进评估方法的结论与实际工程中缺陷和维修状况更为接近,评价所属类别更合理,且可信度集合相比单个数值更能综合地表达结构状态.     

大跨度桥梁施工控制结构分析计算方法

为了提高大跨度桥梁施工控制中结构分析计算的精度,提出将Kalman滤波法和正装分析法结合起来进行施工控制的分析计算.应用Kalman滤波法滤去施工和测量中的随机噪声,得到结构系统统计意义上无偏的最优估计值,再结合正装计算法预测最终的成桥状态,据此确定各控制点处的施工预抛高值.结合某钢管混凝土中承式拱桥桥道系的施工预抛高值的求解问题,对该方法进行了详细论述,并以通用有限元程序ANSYS作为平台编制了相应的计算程序.实践证明该方法计算精度高,具有一定的应用推广性.     

Anomaly Detection Algorithm for Stay Cable Monitoring Data Based on Data Fusion

In order to improve the accuracy and consistency of data in health monitoring system, an anomaly detection algorithm for stay cables based on data fusion is proposed. The monitoring data of Nanjing No.3 Yangtze River Bridge is used as the basis of study. Firstly, an adaptive processing framework with feedback control is established based on the concept of data fusion. The data processing contains four steps: data specification, data cleaning, data conversion and data fusion. Data processing information offers feedback to the original data system, which further gives guidance for the sensor maintenance or replacement. Subsequently, the algorithm steps based on the continuous data distortion is investigated,which integrates the inspection data and the distribution test method. Finally, a group of cable force data is utilized as an example to verify the established framework and algorithm. Experimental results show that the proposed algorithm can achieve high detection accuracy, providing a valuable reference for other monitoring data processing.