基于不完备信息的桥梁结构损伤识别应用研究

诊断结构损伤时往往需要完备的自由度信息,然而在实际工程中很难测量到结构的全部自由度信息。本文通过一简支桥梁结构有限元模型的数值模拟,利用O’Callahan改进缩聚法与Kidder动态扩阶法进行自由度匹配,获取结构所需的完备自由度信息,在此基础上用模态应变能法较好地实现了测试信息不完备情况下的简支桥梁结构损伤识别。该方法简单可靠,可为实际工程应用提供参考。     

基于能量法的简支钢梁损伤识别试验及有限元分析

针对目前梁式结构损伤识别中识别精度和实际应用方面存在的不足,以能量耗散理论为基础,对简支工字形钢梁的损伤识别进行了数值分析及试验研究。通过结构损伤时每一单元的模态应变能耗散率与损伤前、后模态应变能变化之间的关系,推导出单元损伤变量的表达形式。研究结果表明:单元损伤变量只需要利用结构损伤前、后的模态振型即可算得,在实际应用中可通过模态扩阶技术解决实测自由度与理论自由度不匹配问题;该方法可准确识别出简支钢梁损伤单元的位置,并在一定程度上表征损伤程度。     

基于模态扩阶法的结构损伤识别方法应用研究

动力参数法诊断结构损伤时往往需要完整的自由度信息,而在实际工程中很难测量到结构的全部自由度信息.以一钢筋混凝土简支粱为例,通过模态扩阶法将实测的不完备信息扩充到完备的实测信息,使理论自由度与实测自由度相匹配,在此基础上用振型转角差法和模态应变能法对该简支梁结构进行损伤识别.结果表明利用振型转角差法和模态应变能法均较好地...     

测量模态不完整情况下空间网架结构的损伤识别

空间网架结构杆件数量庞大,自由度数目很多,要测得完整的模态数据有很大的困难。如何利用有限的测量信息对结构的损伤情况进行判断是一个实际的问题。对测量自由度不完整情况下网架的损伤识别,提出了两步法:第一,将测量的振型通过动力扩阶方法得到完整振型,利用模态应变能进行疑似损伤杆件判断;第二,利用最小二乘支持向量机对第一步判断的疑似杆件进行进一步的杆件损伤定位和定量。以一个空间网架结构为模型进行了数值模拟验证,结果表明对于测量模态不完整的网架结构损伤识别本文提出的方法是有效的。     

模型缩聚法在桁架结构损伤识别中的应用

为了达到实测自由度与理论自由度相匹配,通过模型缩聚可以解决这一问题。文章利用改进的Guyan缩聚法对一平面桁架结构进行水平自由度减缩,解决了Guyan缩聚忽略结构质量产生较大误差的问题,其模态分析结果与缩聚前十分接近。通过数值模拟,利用曲率模态方法实现了模型缩聚下的平面桁架结构的损伤识别,表明模型缩聚可以应用于平面桁架结构的损伤识别。     

基于模态应变能的梁结构损伤识别

单元模态应变能法诊断结构损伤时理论上需要完整振型,而实测振型往往是不完备的。本文以梁结构为例,基于理论自由度和实测自由度相匹配的原则,对不完备振型信息进行扩充处理,然后再应用模态应变能的方法进行损伤识别。结果表明,当仅测得不完备的振型信息时,单元模态应变能法能很好应用于结构损伤识别,为实际工程的损伤检测提供了依据。     

基于交叉模型交叉模态法的损伤识别研究

损伤识别能判断结构是否损伤,并对危险进行提前预警,对避免灾难发生和减轻灾难后果具有重要作用,受到了人们越来越多的关注.交叉模型交叉模态法利用理论和试验模态进行损伤识别,具有物理意义明确、充分利用实测模态等诸多优点.介绍了交叉模型交叉模态法,分析了LANL实验室的一个八自由度结构,提出了一种优化存储方法,分别在完全模态和...     

残余力向量矩阵变化率的损伤诊断法

为降低损伤诊断时模态数据不完备对损伤识别结果精度的影响,提出一种运用残余力向量矩阵变化率的损伤检测法。采用缩聚法对结构自由度进行缩减,并推导出结构自由度缩聚后的残余力向量表达式。通过利用结构损伤前、后的前几阶模态参数计算出受损结构的残余力向量变化率矩阵,取变化率矩阵每行元素最大值的绝对值作为改进的残余力向量。算例研究表明:在考虑随机噪音的影响下,无论单处损伤还是多处损伤该方法的损伤识别结果精度均高于传统的残余力向量法。验证了该方法具有良好的损伤定位性能和鲁棒性,其损伤识别结果可靠性高,具有较高的实际应用价值。     

基于高效神经网络的框架结构节点损伤的多重分步识别方法

提出了基于神经网络的框架结构节点损伤的多重分步识别方法,建立了用于框架结构节点损伤识别的高效神经网络法。根据节点损伤的多重分步识别思路,把节点损伤识别主要分为四步:第一步利用神经网络建立损伤异常过滤器对节点损伤进行预警;第二步以频率构造的组合指标作为神经网络输入向量,对节点损伤进行初步定位;第三步以归一化的应变模态差绝对值作为神经网络输入向量,对节点损伤进行具体定位;第四步以应变模态差绝对值作为神经网络输入向量,对节点损伤程度进行识别。针对三跨四层的框架结构进行了节点损伤识别数值模拟,结果表明:应用神经网络技术,采用多重分步识别方法,简化了网络的结构,能够有效地对框架结构节点损伤进行预警、定位和定量。     

基于振型扩充的模态应变能法在结构损伤识别中的应用

单元模态应变能法诊断结构损伤时需要完整振型,而实测振型往往是不完备的.以平面框架和板为例,基于理论自由度和实测自由度相匹配的原则,对不完备的实测振型信息扩充后进行损伤识别.结果表明,当仅测得不完备的振型向量时,单元模态应变能法能很好地对损伤结构进行破损位置和程度的识别.该方法简单易行,可为实际工程应用提供参考.     

Vibration based stiffness reconstruction of beams and frames by observing their rotations under harmonic excitations — Numerical analysis

Recent progress in data acquisition technology makes it possible to measure not only translational but also angular vibrations of beam and frame structures. This raises a question whether these new methods can effectively be applied in damage structural detection and localization. For this purpose a damage detection method aiming at reconstructing the stiffness distributions of a structure from its vibration measurements is tested when rotational degrees of freedom are added to the dynamic model of the structure. The stiffness reconstruction is formulated as a minimization problem in terms of harmonic vibrations of the structure and its finite element model. Two examples of a beam and frame structure are analyzed in detail. To better test the damage detection algorithm, measuring noise with various levels has been added to the analyzed signal. The results of the numerical analyses show that the application of genetic algorithms and a Levenberg–Marquadt local search appeared to be even more effective in damage detection when the angular amplitudes of harmonic vibrations are acquired. This creates good prospects for the future applications of angular accelerometers in structural health monitoring of civil engineering structures.     

使用基于模型的积分算法的钢框架非线性时程分析

基于模型的积分算法为新近提出的一类同时具有无条件稳定及显式两种特性的积分算法。为了更加深入地了解该类算法的计算流程及计算效果,使用一种基于模型的积分算法对钢框架进行地震作用下的非线性时程分析。采用基于刚度的纤维梁柱单元来建立钢框架的有限元模型,并采用基于模型的积分算法求解结构运动方程,详细地给出了分析步骤。根据美国规范,设计了一个四层钢框架。利用Matlab/Simulink编制了有限元数值仿真平台,建立了钢框架的有限元模型。同时,使用OpenSees软件建立了相同的结构模型,并采用Newmark常平均加速度法。OpenSees模型的分析结果作为参照。结果表明：在使用基于模型的积分算法时,不需要迭代。此外,即便积分时间步长较大时,基于模型的积分算法依然具有较高的精度。     

砌体填充墙RC框架结构平面内抗震性能有限元模拟

砌体填充墙RC框架结构是我国建筑结构中普遍采用的结构形式,历次地震震害表明填充墙的刚度效应和约束效应改变了主体结构的传力机理,导致整体结构的严重破坏。为了分析其砌体填充墙RC框架侧向承载力和刚度,研究砌体填充墙与RC框架之间的相互协同工作机理和砌体填充墙的开裂模式以及砂浆层的滑移,该文利用三维实体单元和基于表面的粘性接触面模型和摩擦原理,建立一种能够较好地模拟其平面内抗震性能的分离式有限元模型。对一个已有试验分别建立普通有限元模型和分离式有限元模型,二者的分析结果与试验结果的对比表明,分离式有限元模拟方法可以更加准确地预测砌体填充墙RC框架结构的侧向承载力和刚度,并且可以有效地模拟出砌体填充墙的开裂模式,通过塑性应变可以判断出RC构件的失效。     

基于混凝土损伤塑性模型的框架结构开裂损伤分析

通过有限元分析软件ABAQUS建立某12层框架结构并进行时程分析,基于混凝土损伤塑性模型,研究了该框架结构在地震作用下的结构开裂损伤发展状况,探讨了应用混凝土损伤塑性模型预测钢筋混凝土框架结构整体损伤及裂缝发展的可行性及存在的问题,为相似的框架结构的损伤破坏提供理论支持。     

Damage Detection in a Girder Bridge by Artificial Neural Network Technique

Abstract:   Vibration-based damage identification (VBDI) techniques rely on the fact that damage in a structure reduces its stiffness and alters its global vibration characteristics. Measurement of changes in the vibration characteristics can therefore be used to determine the damage in the structure. Although VBDI offers several advantages, most of the available damage identification algorithms fail when applied to practical structures due to the effect of measurement errors, need to use incomplete mode shapes, mode truncation, and the nonunique nature of the solutions. This article presents a new robust two-step algorithm that uses the modal energy-based damage index to locate the damage and an artificial neural network technique to determine the magnitude of damage. The proposed algorithm is applied to detect simulated damage in a finite element model of a girder and a similar model of a real bridge named Crowchild Bridge located in Alberta, Canada. The results show that the proposed algorithm is quite effective in identifying the location and magnitude of damage, even in the presence of measurement errors in the input data.     

SYR200型旋挖钻机桩架整体有限元分析中销轴连接模型的研究

对旋挖钻机桩架整体有限元分析中的关键件——销轴连接的有限元模型进行了深入研究,并提出了实用而精确的有限元模型。这种模型适用性强,可以把桩架的各个结构连接在一起形成一个整体的有限元模型,在很大程度上提高了有限元分析结构的精度。使用这种模型对SYR200旋挖钻机桩架进行了整体有限元分析,分析对钻孔机桩架的结构设计有指导意义。     

震损钢筋混凝土平面框架结构抗火性能研究

为明确混凝土框架结构受地震破坏造成的几何损伤对其遭受地震次生火灾后耐火性能退化规律的影响,分析总结震害资料以及抗震实验记录,将混凝土保护层剥落、残余变形作为混凝土结构的震损形式,通过数据统计与回归分析的方法确定损伤尺寸,从而建立了两层两跨震损钢筋混凝土平面框架有限元模型,得到了框架结构变形特点和受火位置、轴压比、层间位移角对平面框架结构耐火极限的影响规律。     

框剪结构与地基动力相互作用分析

本文首次将模拟地基的映射动力无穷元与有限元耦合模型应用于框剪结构-地基系统的动力相互作用分析中.分析了E_g/E_s,H/L等参数对上述动力耦合系统相互作用的影响,得出了一些有益的结论.     

装配式自复位摇摆钢框架抗震性能研究

为了减轻传统钢框架在强震作用下的损伤与破坏,提出了具有自复位柱脚的装配式摇摆钢框架结构,阐述了该结构的构造形式与工作机理。设计并加工了一榀缩尺比例为1/4的摇摆钢框架,对其进行了低周反复加载试验和有限元模拟,研究其抗震性能。结果表明：利用复合组合碟形弹簧的弹性恢复力能够实现柱脚在强震作用下的可控摇摆,通过梁柱节点的消能减震装置有效控制了结构的累积损伤与残余变形;摇摆钢框架的滞回曲线是较为饱满的旗帜形,表明其具有较好的自复位性能和耗能性能;在加载至层间位移角1/30时,梁柱节点和柱脚没有发生任何屈服或屈曲,主体结构保持为弹性,损伤与破坏集中在消能减震装置处,拆卸和更换消能减震装置后,再加载曲线与原曲线基本吻合,有效实现了消能构件地震损伤可更换以及结构功能可恢复的设计目标;有限元的模拟结果与试验结果吻合较好,表明所建立的有限元模型能够较好地模拟摇摆钢框架在循环加载时的滞回性能。     

基于ANSYS的移动式混凝土搅拌站主钢架结构力学性能分析

运用有限元软件ANSYS建立了移动式混凝土搅拌站钢架结构有限元模型,对该钢架结构边界条件进行了简化,按实际情况施加约束和载荷后,对建立的有限元模型进行了力学性能分析,得出主钢架结构应力和位移的分布情况,结合现场试验,验证了分析结果的准确性,该分析结果对移动式搅拌站钢结构安全设计起到了很好的指导作用.