基于长期监测的车辆荷载效应时变极值预测

为建立准确合理的车辆荷载效应极值的概率模型,基于现有的车辆荷载效应极值理论和极值模型,提出一种新的预测模型——区组超阈值模型。首先,采用阈值模型,充分利用已有的监测信息建立相应的超阈值模型;其次,研究超阈值模型和区组最大值模型之间的参数关联,通过点过程构建2种模型之间转换的桥梁,由已建立的阈值模型推导区组最大值模型,进而得到任意使用年限内车辆荷载效应的最大值模型;最后,检验所建立的区组超阈值模型,并结合桥梁的设计使用年限,利用模型外推了10、40、70、100 a车辆荷载应变的概率密度。对某斜拉桥跨中截面5个钢纵向传感器所采集的数据进行建模分析,结果表明：模型诊断图中的P-P图和Q-Q图都具有非常良好的线性,经验重现水平所描绘的点均在重现水平的置信度为95%的置信区间内,经验概率密度直方图也与相应的GP分布完美拟合,均证明模型能够很好地模拟和预测实际车流作用下的车辆荷载效应极值。     

基于出力度的桥梁健康状态评价

基于累计损伤的原理提出桥梁出力度的概念,根据现场调查提出通行密度函数和当量荷载函数模型,并应用于实际桥梁的健康状况评价。实例表明了建议方法的实用性。该方法可以针对区域桥梁群体分析计算,从中筛选出危重桥梁以便重点开展现场检验评价。     

大跨径独塔斜拉桥成桥5年实桥试验对比分析

为了对某大跨径独塔混凝土斜拉桥的实际承载能力和健康状况进行分析与评价,在2008年和2013年进行了外观检查和荷载试验。通过有限元模型分析、外观检查、斜拉索索力测试和荷载试验,对测试结果和试验数据进行对比,对桥梁的实际承载能力进行分析,并对桥梁健康状况的变化进行总结。结果表明:海洋气候会造成钢结构腐蚀,海水的潮汐作用会对桥梁下部结构特别是基础和墩台造成明显影响。全桥斜拉索索力值没有出现太大的变化。荷载作用下主梁的挠度规律与理论计算基本一致;实测主梁的挠度小于规范规定的限值;应变、挠度和主塔偏位校验系数均满足规范的限值要求。与2008年实测频率相比,2013年大桥的实测频率未发生明显改变;与理论结果相比,实测振型与理论计算结果一致,实测频率略大于理论计算结果,说明荷载试验的理论计算准确,桥梁整体动力性能良好。     

一种混凝土箱梁桥的可靠性评估方法

为评估混凝土箱梁桥正常运营期间的安全状态,基于桥梁健康监测数据与可靠度理论,以混凝土抗拉强度标准值为抗力,车辆荷载响应和竖向温度梯度荷载响应为荷载效应,建立正常使用极限状态方程.对于实桥监测的综合荷载应变响应,利用经验模态分解方法提取箱梁顶底板应变响应的温度趋势项,并对车辆荷载响应和竖向温度梯度响应进行概率密度函数拟合;对非正态分布的荷载效应当量正态化,计算最不利组合下箱梁跨中截面顶底板的失效概率.结果表明:监测的车辆荷载响应和竖向温度梯度荷载响应的概率密度函数均不满足正态分布,采用广义极值分布具有较好的拟合效果;箱梁顶底板的失效概率均小于1%,并在车辆荷载和竖向温度梯度的共同作用下,底板的失效概率显著升高.     

单人跳跃荷载实验及其特征研究

利用三维测力平台开展了300人次5种跳跃频率下的跳跃荷载曲线测试实验,并对荷载频率特征进行统计分析,利用傅里叶级数模型对跳跃试验荷载进行回归拟合分析,并获得了前5阶荷载因子曲线,最后对跳跃荷载与人体重量的比值,即荷载放大系数β极值进行了拟合分析获得了用激励频率表示的关系式.     

分形-混沌混合预测模型在大坝安全监测中的应用

如果能针对大坝监测效应量测值序列建立一种不依赖于环境因子,而又综合考虑序列中蕴含的确定性分量和混沌分量的模型,则可以解决常规统计模型由于模型因子选择不当和环境量观测误差引起的模型失真问题.在对确定性分量、混沌分量和随机性分量可预测性分析的基础上,首先利用分形插值算法建立效应量确定性分量预测模型,然后对实测数据和确定性分量预测结果间的误差序列通过相空间重构建立混沌分量预报模型,再以二者叠加组成最终混合预测模型.计算实例表明,在不依赖于环境因子的情况下,该模型比常规统计模型有更高的预测精度.     

用于大跨度桥梁承载力评估的车辆荷载修正方法

为了对大跨度桥梁的承载能力进行合理评估,提出了一种基于现场交通流量调查信息的车辆荷载修正方法.将车质量概率密度分布等效为多峰正态分布,采用滤过Poisson随机过程模拟评估桥梁的车辆荷载效应,分析了平均日交通流量、车速和车辆类型组成比例对车辆荷载效应的影响.结果表明,不同交通状况下的车辆荷载效应与设计值相差很大.对设计基准期内的最大荷载效应进行了预测,给出了具有95%保证率下的车辆荷载修正系数.最后以某混凝土斜拉桥为例,详细阐述了该方法的使用过程.     

分形-混沌混合预测模型在大坝安全监测中的应用

如果能针对大坝监测效应量测值序列建立一种不依赖于环境网子,而又综合考虑序列中蕴含的确定性分量和混沌分量的模型,则可以解决常规统计模型由于模型因子选择不当和环境量观测误差引起的模型失真问题．在对确定性分量、混沌分量和随机性分量可预测性分析的基础上,首先利用分形插值算法建立效应量确定性分量预测模型,然后对实测数据和确定性分量预测结果问的误差序列通过相空间重构建立混沌分量预报模型,再以二者叠加组成最终混合预测模型．计算实例表明,在不依赖于环境因子的情况下,该模型比常规统计模型有更高的预测精度．     

多事件混合影响的桥梁车辆荷载效应组合极值预测

为解决受多事件混合影响的桥梁车辆荷载效应不满足独立和同分布假定,导致预测极值不准确的问题,提出采用共同阈值,改进组合广义帕累托分布(CGPD)极值预测模型,以适应采用任意尾部逼近函数预测基于事件分类的超阈值样本极值.对CGPD模型的关键问题,如超阈值样本的时间独立性检验、阈值选取和GPD参数估计,分别提出基于自相关系数的采样间隔法、基于K-S优度检验的自动计算法和概率权重矩法的实用解决方法.通过具有理论解的数值算例验证改进CGPD模型及其实用解决方法的准确性,并将CGPD方法应用于中小跨径桥梁和大跨径桥梁车辆荷载效应的极值预测中.结果表明:所提实用解决方法具有很好的应用效果,计算精度高,这些方法是CGPD应用的关键.数值算例验证了CGPD能精确预测受多事件混合影响的样本极值,与理论解的误差在3%以内,而采用传统混合数据的单一广义帕累托分布(SGPD)进行外推会产生很大偏差.中小跨径桥梁车辆荷载效应可以基于参与加载的货车数量划分加载事件,大跨径桥梁车辆荷载效应则可以根据时均交通量和时均货车比率划分时段形成不同加载事件,应用CGPD方法均能简单而方便地获取任意重现期的桥梁车辆荷载效应极值,而传统SGPD方法会形成显著的估计偏差,高达13.7%.     

轻轨列车和地震作用下公轨两用桥的动力响应分析

针对跨座式单轨列车过桥时行车的舒适性、安全性及桥梁结构完整性问题,本文以重庆菜园坝公轨两用桥为例,分析了轻轨列车和地震作用下公轨两用桥的动力响应,建立了桥梁结构的三维模型,并将轻轨列车荷载进行了适当的简化,通过特征值分析获得了桥梁结构的模态及频率,分别考虑了地震和移动荷载单独作用下桥梁结构的动力响应,并考虑了两种作用同时存在时桥梁结构的动力响应。分析结果表明,轻轨列车荷载对桥梁结构局部性能影响比较大;车速的提升对桥梁结构的振动影响并不显著;地震作用与移动荷载单独作用下引起桥梁结构的振动存在耦合。该研究对地震作用下公轨两用桥的运营安全及设计具有现实指导价值。     

希尔伯特-黄变换在公路桥梁结构健康检测中的应用研究

对正常运营的公路桥梁结构的变形监测是评估桥梁健康状况的一项重要内容.希尔伯特-黄变换(HHT)作为处理非稳定和非线性信号的方法,可以提取正常运营公路桥梁的自振频率、阻尼比,核心算法经验模态分解(EMD)可以对动态变形数据进行去噪处理.该方法应用于桥梁健康监测既有不影响交通:数据采集方便等优势,同时可以去除噪声对监测数据的影响,并能全方位对桥梁健康状况进行分析.根据监测实例分析表明该方法适用于公路桥梁健康状况监测,为今后桥梁健康监测提供一种新的研究方法.     

基于WIM的大跨钢箱梁悬索桥疲劳荷载谱研究

基于某桥动态称重系统监测的车辆荷载相关数据,划分典型车辆类型,以周为单位时间对不同车型交通量随时间的变化情况进行统计分析。对不同车型的车重概率分布拟合,引入赤池信息准则和贝叶斯信息准则确定模型的最佳分量数。根据拟合的车重概率分布模型建立该桥的疲劳荷载谱,由等效轴重数据计算出各车型的疲劳损伤贡献率。结果表明：各周的车流量变化明显,尤其是两轴车和六轴车,且两类车占比趋势相反,所以有必要研究长时间段内的车流情况;各车型的车重概率分布均符合混合高斯分布,且由拟合优度判断可知拟合效果较好;虽然六轴车的频率低于两轴车,但其等效轴重产生的总疲劳损伤贡献率最高,所以六轴车为此桥的最不利车型。     

沿海在役钢筋混凝土桥梁的钢筋锈蚀模型

为了更合理地确定在役钢筋混凝土桥梁的钢筋锈蚀模型,在综合国内外已有的钢筋锈蚀模型的基础上,进行了分类比较分析.提出了考虑荷载影响和氯离子结合能力的钢筋锈蚀模型,并以沿海地区钢筋混凝土桥梁为背景,验证了该锈蚀模型的可行性.研究表明:考虑荷载影响和氯离子结合能力的钢筋锈蚀模型更加趋于合理,采用这种钢筋锈蚀模型进行结构使用性能退化的模拟及结构使用寿命的预测将更有工程实践意义.     

基于改进PCA和EEMD的桥梁挠度监测中温度效应分离

单通道桥梁挠度信号通过总体经验模态分解法(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)分解得到的一系列线性平稳的本征模函数(intrinsic mode function,IMF),然后与原信号进行相关性分析,去除IMF分量中的弱相关成分,达到首次降维的效果。利用主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)进一步提取信号中的主元,最后所得信号通过快速独立分量分析(Fast Independent Component Analysis,FastICA)处理,实现桥梁挠度信号中温度效应的准确分离。仿真及实验结果表明:该方法能较好地解决桥梁监测中温度效应分离的问题。     

地震动扭转分量对大跨度斜拉桥易损性影响

由于采用现有方法较难获取地震动扭转分量,当前研究往往忽略了扭转分量对大跨度桥梁结构地震响应的影响,然而由于大跨度桥梁的长周期、跨度大等原因导致其往往易发生扭转破坏,现有的研究针对这一方面是十分匮乏的。本文为定量、准确的展现地震动扭转分量的作用效应,以某大跨度斜拉桥为例,采用正态分布拉丁超立方抽样方法,基于OpenSees建立了考虑地震动强度不确定性、材料参数不确定性的15个斜拉桥有限元模型。从PEER地震数据库中选取了15组三向平动、含脉冲效应的近场地震动记录,利用弹性波动理论中的频域法根据地震动平动分量获取相应的扭转分量,并以此分为两种工况对结构进行非线性动力时程分析得到桥梁地震响应。其后,在确定损伤指标的基础上,基于概率需求分析法绘制了桥梁关键构件的地震易损性曲线。结果表明：地震动扭转分量对大跨度斜拉桥易损性影响显著,损伤变化程度与构件种类、损伤方位均有明显相关性。其中桥塔中部截面对地震动扭转分量的敏感程度最高,扭转分量所导致的损伤概率增幅高达22.12%。扭转分量亦对塔底截面和边墩底截面(横桥向)具有较高破坏作用,损伤概率增幅最大值分别达到17.33%和19.45%。针对主梁及其纵向约束构件,地震动扭转分量则使其损伤概率略有降低。     

任意裂纹面荷载作用下界面断裂分析

为研究裂纹面上作用的荷载对裂纹稳定性的影响,本文基于比例边界有限元方法提出裂纹面作用有任意方向、任意大小面荷载的界面应力强度因子求解模型.界面裂纹具有复数形式的应力奇异性指数,在任意裂纹面荷载作用下其奇异应力场更为复杂.应用本模型,径向的位移和应力可解析求解,无需网格细分即可自动反映裂尖的应力奇异性.裂纹面上的任意荷载首先可分解成平行于裂纹面以及垂直于裂纹面的分量,并进一步分解成有限项幂函数的和.对每个幂函数荷载解析求解,基于线性叠加原理获得结构在全部荷载作用下的解.该模型对各向同性材料和各向异性材料均适用.文中通过板承受裂缝面荷载时的应力强度因子求解的多个算例对该模型进行了验证和应用,对板的几何尺寸和双材料参数进行了敏感性分析,并应用于重力坝坝踵界面裂缝在水压力作用下的应力强度因子求解.     

荷载列作用下曲线箱梁剪力滞空间有限元分析

采用三维有限元仿真技术研究了车辆荷载作用下某城市立交匝道箱梁剪力滞效应。基于ANSYS程序建立钢筋混凝土曲线箱梁空间实体有限元模型,荷载分别考虑2种不同的作用位置和3种不同的移动速度（[v]=10 m/s、15 m/s、20 m/s）,得到了荷载分别沿着内道与外道移动到跨中截面时剪力滞效应分布规律。结果表明:车辆荷载作用下,曲线箱梁翼板剪力滞效应显著,剪滞系数峰值高达3.0;荷载速度和荷载作用位置对曲线箱梁剪力滞效应均有影响,荷载速度对曲线箱梁剪力滞效应较为显著;保持荷载速度不变,荷载作用于内道时曲线箱梁剪力滞效应比荷载作用于外道时更明显。     

大坝安全监测的粗集模型方法

针对传统分析方法的不足,研究了大坝安全监测的粗集模型方法.首先对原始监测信息进行粗糙集处理,提取主要影响因素和决策规则集,然后用粗糙隶属度分析各主要因素的重要性指标及其在效应量中所占的分量比例,并且通过对规则集的不确定性推理建立了大坝监测的粗集预报模型.实例分析表明,粗集模型在大坝影响因素重要性评价和非确定性测值预报方面取得了满意的结果.     

桥梁伸缩缝跳车冲击荷载计算方法与模型实验

为实测移动车辆对桥梁伸缩缝的冲击荷载,防止桥梁伸缩缝在这种冲击荷载作用下发生早期损坏,制作了缩尺比例为1/30的汽车与桥梁实验模型,进行模型汽车通过模型桥梁的实验研究. 针对车轮经过桥梁伸缩缝时,轮胎与路面的接触长度发生改变,提出了两种改进的伸缩缝跳车冲击力计算方法,分别为改进的假设轮底运动轨迹计算方法和改进的分布式弹簧-阻尼单元计算方法. 然后,通过数值计算与缩尺模型实验进行了结果比较. 最后,基于改进的分布式弹簧-阻尼单元,对三轴载重汽车对单缝式伸缩缝的冲击荷载进行了数值模拟与参数分析. 结果表明:改进算法得到的伸缩缝冲击荷载与实测值更为接近,冲击荷载算法有必要考虑轮胎与路面接触长度的改变;车轮荷载的最大冲击系数超过桥梁设计规范的容许值,通过调整伸缩缝的开口宽度可以将其控制在容许范围内.     

某下承式拱桥车振动力性能分析

为研究下承式拱桥在移动车辆荷载作用下的动力性能,对某下承式拱桥建立三维有限元模型,并通过环境振动试验对该桥进行模态参数识别,以此验证有限元模型的可靠性。在不同车速荷载作用下对该桥梁的动力响应进行了对比分析,并在此基础上采用狄克曼舒适度评价指标对桥梁进行车振舒适度评价。结果表明:冲击系数的大小不仅和结构基频有关,还与车辆的行驶速度有关,车速越大冲击系数越大;桥梁的横向舒适性较好,竖向舒适性较差。