一种基于冲击响应的装配式板梁桥铰接缝病害动力评估方法

提出一种基于冲击响应频响函数和模型修正理论的装配式板梁桥铰接缝病害动力评估方法。将铰接缝整体平均刚度作为待识别变量,以特定频率段内的频响函数相关性指数构造目标函数,改进既有的有限元模型修正技术,从而实现对病害铰接缝的定位以及损伤程度的定量识别。数值分析结果表明：利用文中所提方法可实现对全桥多个铰接缝不同程度病害的同步识别,且计算效率高;所提方法抗噪能力较强,可保证收敛到全局最优解;冲击荷载施加位置和测点布置位置对病害识别结果影响较小。对某装配式板梁桥进行现场动力试验,更新改造前后评估结果与桥梁实际状态相符,从而从实际应用角度证明所提方法的可靠性和实用性。     

基于不完整频响函数的结构损伤识别方法

对土木工程结构的分析模型,在传感器不完整布置的情况下,推导基于不完整频响函数的"定性—定位—定量"的损伤识别方法。首先,利用不完备的频响函数图形的偏移程度进行损伤的定性判定;然后,建立损伤识别指标对损伤位置进行识别;最后,推导损伤定量计算方法,对损伤程度进行评估。仿真结果表明,本文提出损伤识别3阶段方法,对结构损伤探测的评估能得到比较满意的结果。     

基于频响函数曲率差的弹簧质量系统损伤识别与分析

不同形式的结构大多可以简化看作无数个质量块与弹簧的组合体,因此为了研究结构的损伤以及结构损伤识别指标,对简化弹簧质量系统用ANSYS进行单个或多个同时出现的损伤情况进行数值模拟,选择频响函数曲率差作为损伤识别指标,对其损伤位置及程度进行检测,数值模拟的结果验证了频响函数曲率差对该结构的有效性及精确性的同时,并得出激励作用的位置对该指标的检测结果有较大的影响,并且得出如何选择频率范围可以保证频响函数曲率对损伤位置与损伤程度的精确性。     

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。     

基于曲率模态差和模态置信的钢架损伤识别研究

运用曲率模态差法和模态置信准则同时对一个空间钢架进行损伤单元位置的判定和破坏程度的识别,并对这两种方法进行比较。以空间钢架为具体研究对象,对其进行损伤识别数值模拟,再用中心差分法计算出曲率值,将损伤前后的曲率模态值相减,得到曲率模态差值;通过模态振型的改变量的多少来判别损伤情况即模态置信准则识别方法。比较结果表明模态置信准则在单元发生小程度损伤时识别不了,而曲率模态差法可以识别,并且识别的阶数多于模态置信准则。     

梁结构的损伤识别方法研究

针对桥梁结构多为简支梁和连续梁的形式,文章使用了柔度差法对粱结构的损伤识别进行了研究.文章首先分别推导了一阶振型变化率和柔度差的识别理论;然后使用ansys有限元分析软件对简支粱和连续粱进行了损伤数值模拟,并使用此两种识别指标进行损伤识别;最后比较了两种指标的识别效果.文章还对梁结构的多处损伤进行了研究.结果表明:对于...     

BP神经网络在大跨斜拉桥的斜拉索损伤识别中的应用

针对润扬长江公路大桥北汊斜拉桥的拉索损伤进行了520种工况的动力计算。定义了归一化固有频率,并且分别分析了拉索损伤位置和损伤程度对归一化固有频率的影响。通过对比研究得出以下结论:拉索损伤位置对不同阶固有频率的影响模式有本质的差异;同一拉索位置处,不同的损伤程度对各阶固有频率的影响模式相似;第4、6、7阶归一化频率对拉索损伤位置不敏感;其他各阶归一化固有频率的分布较为开展,分别包含了损伤模式的个性化信息。据此建立了描述7维损伤模式映射空间的BP神经网络,分别采用不同工况组的数据进行训练和识别,对该方法进行了验证。并且定义了识别误差评价数作为描述识别效果的定量指标。     

基于摄动法的随机梁式结构静力损伤识别

提出了一种基于摄动法的随机梁式结构静力损伤识别方法。考虑初始模型的不确定性和测量误差不确定性建立随机控制方程。通过一阶摄动方法对随机控制方程求解关于随机损伤因子的统计特性,接着引入失效概率来识别结构损伤。对简支梁进行数值模拟,结果表明该方法可以准确定位损伤位置,同时可以精准定量损伤程度。     

基于结构频响函数的再生混凝土框架地震作用损伤评估

结构遭受地震作用时,其内部损伤的累积会导致该结构频响函数曲线的变化,这可为评估结构损伤程度提供依据。利用ABAQUS有限元软件,对1榀2层单跨平面再生混凝土框架拟动力试验进行有限元分析,计算结果与试验值吻合良好。通过对再生混凝土框架频响函数曲线的分析可知,结构1阶和2阶自振频率分别在2.5Hz和6.0Hz附近变化,随着地震峰值加速度的不断增大,结构自振频率不断降低,反映损伤累积导致结构刚度的不断退化。基于结构的频响函数,提出可用于评判框架结构在地震作用下损伤程度的指标。分析结果表明：该损伤评估方法能有效评判再生混凝土框架在不同强度地震作用下的损伤程度。     

SRC异形柱框架地震损伤识别研究

基于型钢混凝土(SRC)异形柱空间框架的振动台试验,获取其加速度响应信号、位移响应信号、应变响应信号,分析其破坏过程。研究结果表明,随着加速度峰值的增大,模型表面裂缝充分发展,梁端纵筋及一层柱脚型钢相继进入屈服状态;SRC异形柱框架的破坏模式呈典型的梁铰破坏机制。采用MATLAB对结构频响函数进行分析,得出结构的一阶和二阶自振频率分别为7.3 Hz和8.0 Hz。基于结构内部损伤与结构频响函数的对应关系,通过对模型结构频响函数产生的变化进行分析,可知结构内部损伤不断发展,自振频率不断降低。基于不同白噪声工况下结构频响函数的变化,对SRC异形柱空间框架在地震作用下的损伤程度进行评估,结果表明,该方法可较好地反映结构在遭遇地震作用时的损伤发展程度。     

基于ARCH模型残差偏移距离的#br# 非线性损伤检测和试验研究

为了解决空间钢架结构非线性损伤的识别问题，提出了一种基于自回归条件异方差(auto regressive conditional heteroskedastic，ARCH)模型残差偏移距离的损伤识别方法。文章首先描述ARCH模型的基本理论，并给出了ARCH模型建模的定阶方法和模型参数的估计方法；接着分析结构非线性损伤的特性；然后，考虑到传统的非线性识别指标难以运用到空间钢架结构，提出基于ARCH模型的欧氏距离指标和改进的残差偏移距离指标识别钢结构损伤位置。最后，使用一个8层剪切结构数值模拟验证了2个损伤指标的有效性，并且将文章提出的指标运用于输电塔钢架模型的非线性损伤识别试验中。模拟和试验结果表明，传统的非线性损伤识别指标难以直接运用于钢架的损伤识别，而建议的欧氏距离指标和残差偏移距离指标可以较好地识别出钢架结构的非线性损伤。     

基于布谷鸟搜索算法的温度驱动损伤识别方法

基于振动的损伤识别方法数据分析过程复杂,且易受环境不确定因素影响,为解决该问题,提出了一种基于布谷鸟搜索算法的温度驱动损伤识别方法。分析中将温度视为结构的可测激励,对基于温度诱导应变的结构损伤参数识别公式进行了推导,进而利用实测的温度诱导响应值与有限元模型计算的温度诱导响应值构造目标函数,基于改进的布谷鸟搜索算法对有限元模型中的损伤参数进行更新,从而实现损伤的准确判别。通过一根两端弹性约束的H型钢梁,以及一榀Benchmark钢框架模型的数值仿真分析,验证了所提方法的损伤识别效果。分析结果表明：基于布谷鸟搜索算法的温度驱动损伤识别方法可对不同程度、不同位置及不同数量的损伤进行有效识别,即使在较高的噪声干扰下,仍能取得较好的识别结果。相比于基于振动的有限元模型损伤参数识别方法,该方法无需施加外部激励,输入与输出数据（温度与温度响应）方便可测,损伤识别所需的数据量较少,受噪声干扰影响小,可对结构的损伤进行有效定位与量化。     

基于时-频域信息的结构系统识别方法研究

结构响应的时域、频域信息均可用来对结构模型进行修正。该文提出频域信息与时域信息相结合的方法,对结构参数以及荷载进行评估。首先,从结构测量加速度信息中提取结构的频域特性,对结构模型进行较为粗略的修正,优化结构模型的振型、频率,使其与测量信息一致。其次,利用时域信息,在状态空间对结构运动微分方程进行零阶离散化,采用正则化方法对模型进行荷载识别,同时基于约束优化方法对结构模型参数进行进一步修正。应用模型缩聚方法,保证计算精度的情况下减少结构模型参数修正和荷载识别的计算量。在数值仿真计算中,基于框架结构的不完备地震时程响应记录,对结构损伤状况进行评估。结果证明,即使在有噪声的情况下,该文提出的结构状态方法依然能够很好地识别结构损伤程度、位置。最后,通过14层加层隔震剪力墙结构的振动台试验进一步验证该文提出的结构参数与荷载识别方法。     

Damage Pattern Recognition for Structural Health Monitoring Using Fuzzy Similarity Prescription

Abstract:   Structural health monitoring (SHM) is a systematic method for non-destructive evaluation of a structure's performance by sensing, extracting, patterning, and recognizing features of the structural response. Most SHM approaches focus on statistical analysis for damage identification considering only random uncertainties. This article introduces a method that allows accommodating other types of uncertainties due to ambiguity, vagueness, and fuzziness which are statistically non-describable. The proposed method deals primarily with epistemic uncertainty. The method improves damage identification by performing damage pattern recognition using fuzzy sets. In this approach, healthy observations are used to construct a fuzzy set representing healthy performance characteristics. Additionally, the bounds on the similarities among the structural damage states are prescribed. Thus, an optimal group of fuzzy sets representing damage states such as little, moderate, and severe damage can be inferred as an inverse problem from healthy observations only. Piecewise linear functions are used as fuzzy membership functions representing the states of healthy and damaged. The optimal group of damage fuzzy sets is used to classify a set of observations at any unknown state of damage using the principles of fuzzy pattern recognition based on maximum approaching degree. A case study for damage pattern recognition of a model steel bridge is presented and discussed. The approach is capable of identifying damage patterns accurately.     

基于统计矩理论的无模型结构损伤识别方法研究

通过对统计矩理论的分析,提出了一种在时域内利用结构加速度八阶矩作为损伤指标,直接利用输出信号快速判断结构有无损伤及损伤位置的识别方法。通过对典型Benchmark四层钢框架结构数值仿真模型和实测试验进行分析,研究了不同位置斜撑缺失以及弹性模量减少工况下的损伤位置识别,并通过12层标准RC框架振动台试验数据分析了不同楼层梁的损伤工况,判定了各楼层相对损伤程度变化。结果表明：利用响应信号的结构加速度八阶矩适合作为损伤识别的直接判别指标,通过两次定期测试的相对变化可以直接快速对不同损伤工况进行损伤诊断。     

铁路简支梁桥下部结构健康状态动力评估方法研究

提出一种以实测横桥向整体振动、横桥向局部振动和顺桥向局部振动模态的不同组合为输入,采用模型修正技术和优化算法识别铁路简支梁桥下部结构的物理参数,从而实现对墩身、基础和支座病害进行定位和定量分析的动力学方法。进一步,建立了针对下部结构系统中各构件的评估准则和评估流程。对两座铁路桥梁进行现场试验,并依据所提评估方法和评估准则对其健康状态进行评估,理论分析结果现场评估结果一致,从而证明所提方法的准确性和有效性。     

基于固有模态函数(IMF)的钢框架节点损伤信号分析

在地震等反复荷载作用下,钢结构节点易发生脆性断裂,且由此导致的结构破坏在钢结构事故中的频率很高。通过对一钢框架模型的动力响应信号进行希尔伯特-黄变换处理,结构选取不同程度单节点、双节点和三节点的损伤工况,利用MATLAB程序对钢结构节点损伤信号进行经验模态分解(EMD)并导出各阶固有模态函数分量,以瞬时频率拟合值作为损伤识别指标,分析对比结构不同位置损伤信号。     

基于神经网络和柔度曲率的简支梁损伤识别

将神经网络和柔度对角曲率结合起来,得到一套简支梁智能损伤识别方法,对一经典简支梁模型进行了损伤识别,并且在损伤单元数量未知情况下,准确识别出了其损伤位置和损伤程度。     

钢-混凝土混合结构振动台试验的弹塑性损伤分析

通过LS-DYNA程序,二次开发了钢材和混凝土单轴弹塑性损伤本构模型,其中钢材损伤模型采用混合强化准则,可考虑材料的Bauschinger效应;混凝土损伤模型定义了拉、压两个损伤指数,能较为准确地模拟混凝土单边效应、箍筋约束效应等。结合程序中基于显示算法的纤维单元,建立了结构整体数值分析模型,并通过一个缩尺比例为1∶4的3层钢-混凝土混合结构模型振动台试验,验证了数值分析模型的分析精度,数值模拟得到了模型结构的损伤发展过程。此外提出一种通过实测应变反演应变测试部位材料的应力和损伤发展的方法,研究表明,应变反演能充分利用应变测试数据,获得材料应力和损伤发展过程,并对结构的性能退化进行评估。