基于挠度曲率面积差的桥梁结构损伤识别方法

挠度信息是桥梁健康监测的基础数据,能够为桥梁安全状态评价提供可量化的数据。本文通过分析挠度及其一、二阶导数（转角和曲率）之间的关系,提出了一种利用损伤前后荷载挠度曲线的曲率面积差（Area Difference of Curvature, ADk）来识别结构局部刚度损伤的方法。该方法采用测点数量将损伤前后的曲率曲线所围成的面积划分为若干单元,用各单元面积的平方与所有单元面积平方和的比值作为损伤定位参数,该参数的峰值可定位结构损伤位置。作为理论实例,在一座简支T梁桥的有限元模型中设置不同程度（5%~50%）和不同数量的局部刚度损伤,以各单元的曲率面积差为参数,准确定位了桥梁结构损伤位置。同时,对一座有机玻璃模型桥进行了损伤识别试验。结果表明,损伤位置处的曲率面积差远远大于未损伤位置,能够准确定位结构中微小程度的局部刚度损伤,且不同损伤程度下的曲率面积差与损伤程度无关,即使有测量噪声的情况下也能清晰定位出损伤位置。该方法有助于提高桥梁日常安全巡检的效率,量化检测数据,客观化识别结果,推动在实际桥梁工程中的应用。     

基于残余力向量的框架损伤直接识别法

为直接识别出基于残余力向量法的框架结构损伤,提出先由灵敏度分析求得结构刚度联系矩阵,再由结构刚度联系矩阵将损伤结构的刚度摄动矩阵展开,得到新的结构残余力向量方程,通过求解此方程即可识别出框架结构的损伤位置和程度,最后运用所提出方法对三层框架结构进行损伤识别,结果表明识别精确度较高,从而验证了该方法的有效性.     

基于残余力向量法的桁架结构损伤直接识别法

提出一种基于残余力向量理论的桁架结构损伤直接识别方法.先由灵敏度分析,求出结构刚度联系矩阵,再由刚度联系矩阵将损伤后的刚度摄动矩阵展开成对角矩阵,代入残余力向量方程,得到由刚度联系矩阵表示的新残余力向量方程,经过整理,此方程可以直接求解,即可得到各杆件刚度的损伤量,由此可识别出桁架结构的损伤杆件及其损伤程度.最后以一桁架结构模型进行数值仿真分析.结果表明,该方法具有计算简单,计算量小等优点,仅需损伤后第一阶模态参数,就能够准确识别出结构的损伤情况,证实了该方法的有效性.     

结构裂缝损伤识别的虚拟柔度矩阵法

柔度矩阵元素值小（10-5～10-6量级）,直接用来判断结构的损伤容易受到噪声干扰。柔度矩阵元素反映的是结构整体信息,变化最大的不一定对应损伤部位。故利用柔度矩阵进行结构损伤识别尚存诸多缺陷。利用模态测试数据构造结构虚拟柔度矩阵,通过施加虚拟力的方法建立总体虚拟柔度矩阵与局部刚度变化之间的关系,根据广义应变变化率,可以同时得到损伤位置与损伤程度的识别结果。用简支梁的动力模型试验数据验证了算法应用的可行性。     

基于子结构的隐蔽损伤识别方法研究

针对隐蔽结构损伤识别存在精度和效率较低的问题,探索性地应用子结构法对结构的隐蔽损伤进行研究,建立了基于子结构的隐蔽损伤识别方法.该方法在采集可测部位结构的振动信号的基础上,利用扩展卡尔曼滤波技术对隐蔽结构的时变参数进行识别,进而判定隐蔽结构的损伤位置和损伤程度.该识别方法首先建立识别计算模型,划分子结构;其次应用扩展卡尔曼滤波构建隐蔽结构损伤识别的识别方程;最后应用识别方程对隐蔽结构的损伤进行识别.该方法为难以直接测量的特种部位损伤识别提供了理论基础,并为隐蔽结构的损伤识别提供了新的途径.     

基于频率改变的结构损伤诊断方法

结构单元的损伤将导致损伤单元的单元刚度矩阵以及结构的总体刚度矩阵发生变化,通过损伤前后自振频率的改变,可对损伤单元刚度矩阵的损伤系数进行反演。本文发展了一种结构损伤定位和标定的两步方法,首先通过反演初步确定结构损伤的位置,然后将损伤单元(三维梁元)的刚度矩阵分解为拉压刚度矩阵和弯曲刚度矩阵,并分别对其损伤系数进行求解,从而确定截面积、截面惯性矩等单元截面参数的损伤情况。数值实验表明,该方法可对结构的损伤进行定位和标定。     

基于弹性约束支承梁转角影响线的梁结构损伤诊断

针对现有桥梁结构损伤诊断研究中,对实际主梁结构的边界支承条件不理想与截面参数不确定性考虑不充分的问题,提出考虑弹性转动与竖向约束的梁结构模型,引入截面不确定系数与局部损伤来模拟既有桥梁主梁. 推导得到主梁模型转角影响线解析式,提出基于弹性约束支承梁与转角影响线指标的损伤诊断方法与加载实施方案. 结合算例,研究测点位置、损伤程度、测试噪声对损伤诊断结果的影响,提出边界等效子结构模型试验验证所提方法. 研究表明,转角影响线差值曲率能精确定位、定量弹性约束支承梁的局部损伤,在损伤程度定量试验各工况中,最大相对误差为25%. 算例表明,在5%测试噪声时,仍可以定位梁结构局部损伤,且在梁端转动约束较弱时,损伤诊断敏感性较高.     

基于频率改变的结构损伤诊断方法

结构单元的损伤将导致损伤单元的单元刚度矩阵以及结构的总体刚度矩阵发生变化，通过损伤前后自振频率的改变，可对损伤单元刚度矩阵的损伤系数进行反演。本文发展了一种结构损伤定位和标定的两步方法，首先通过反演初步确定结构损伤的位置，然后将损伤单元（三维梁元）的刚度矩阵分解为拉压刚度矩阵和弯曲刚度矩阵，并分别对其损伤系数进行求解，从而确定截面积、截面惯性矩等单元截面参数的损伤情况。数值实验表明，该方法可对结构的损伤进行定位和标定。     

基于模态柔度参数的连续梁桥损伤识别方法

针对桥梁结构损伤识别技术的局限性和识别范围不确定性等难题,利用环境振动测试所得的结构动力响应数据,基于归一化振型的结构模态柔度矩阵法,提出以均匀载荷面(ULS)曲率改变量作为损伤的识别指标。以两跨钢筋混凝土连续梁为例的数值模拟计算表明:结构模态柔度对结构损伤的识别具有更高的敏感性,基于ULS曲率改变量的损伤指标在损伤位置、损伤范围等识别性较高,具有识别结构刚度损失量值的能力;基于ULS曲率改变量的损伤指标能够准确识别出结构的单、多处损伤,满足结构损伤检测工作的技术要求,便于安全评估的工程应用。     

网壳结构损伤识别理论及仿真研究

针对网壳结构特点,引入敏感模态的概念,提出利用模态置信准则确定局部损伤所对应敏感模态的算法,推导了剩余模态力的表达式,利用敏感模态进行损伤位置识别.采用最小秩摄动理论定量评估结构的损伤程度,与Baruch方法及Berm an方法进行比较分析.实际网壳工程的数值模拟结果表明,本文方法不仅可以识别单位置损伤还可以识别多位置损伤,不仅可以评估刚度变化还可以评估质量变化,对网壳结构的健康诊断是可行的.     

津保铁路矮塔斜拉桥的动力特性

以津保铁路矮塔斜拉桥为例,应用大型有限元软件Midas／Civil对该桥建立全桥模型,采用子空间迭代法对其进行动力分析,得出该桥的自振频率和振型,并讨论了边界条件对其动力特性的影响．计算结果表明：设置辅助墩能明显提高结构的整体刚度,并对结构的自振频率和振型有较大影响．研究结果可为同类型矮塔斜拉桥的设计和施工提供参考．     

等效剪切刚度的框架结构损伤识别方法

为研究有别于现有侧重于研究结构具体构件(梁、柱及支撑等)的建筑结构损伤识别方法,提出应直接从整体开展框架结构损伤识别方法.将框架结构转换成"等效剪切型"结构,数值分析表明,结构具体构件出现损伤(即刚度发生退化)时,会引起受影响层的等效剪切刚度发生变化,因此,可以采用层等效剪切刚度变化率与层抗侧刚度作为指标来进行结构损伤定位与损伤程度评定.通过大量的框架结构数值模拟计算,归纳出了一套能将损伤定位到结构层及从整体来评定结构损伤程度的方法.     

动-静测试相结合的损伤识别方法在砌体结构中的应用

目的研究动一静测试相结合的损伤识别方法在砌体结构中应用的可行性．方法基于模型拟静力试验及脉动测试。利用参数互补校正法识别结构动态特性，并利用等效体积单元法进行空间砌体结构模型的有限元分析，发展应用误差信号匹配技术，提出采用位移及频率定义损伤识别指针．根据预测数据与实测数据的差异，判定砌体结构的损伤部位．结果参数互补校正法能有效识别结构的动态参数；依据有限元分析及实测得到的位移、频率定义的损伤识别指针能有效识别出结构的破损部位．结论动一静测试相结合的损伤识别方法能够在砌体结构中应用，识别结果与试验现象具有良好的一致性．     

基于模型缩聚的θ指标损伤识别方法

为实现大型三维空间结构的损伤检测,提出了一种基于模型缩聚技术的检测方法。该方法利用有限数量的加速度传感器,得到大型三维桁架结构的自振频率和模态振型,以完成损伤的识别。数值仿真结果表明：该方法在损伤的定位识别和定量识别上能达到预期的适用性和可靠性。     

基于RBF神经网络的钢框架梁端节点损伤识别

为有效识别钢框架梁端节点损伤程度及半刚性节点刚度参数,提出采用钢梁位移模态和曲率模态指标作为神经网络的输入参数,基于RBF神经网络对刚框架梁端节点损伤程度进行参数识别研究.结果证明,位移模态识别损伤位置的准确度高于曲率模态,对损伤程度的识别曲率模态优于位移模态.其中位移模态损伤识别误差小于10%,曲率模态识别误差小于5%,得出基于RBF神经网络可以较好的识别节点损伤及半刚性刚度参数.     

一种基于经验模分解的结构微小损伤检测方法

提出了一种检测结构微小损伤的时域方法。首先采用经验模分解技术分解结构发生微小损伤前后在相同激励下的时域响应信号，得到响应信号的各阶固有模式函数，然后用波形指数来对结构响应信号的各阶固有模式函数进行量化。根据结构损伤前后时域响应固有模式函数的波形指数对比，就可容易地对结构发生的微小损伤进行判断。通过仿真算例发现，结构原始响应信号经过经验模分解后得到的固有模式函数对微小损伤敏感度较好，这种对微损伤的敏感特性可采用各阶固有模式函数的波形指数进行量化。因此该方法是一种时域内检测结构微小损伤的有效方法。     

基于ANSYS的桥式起重机动态分析

以某200t×20m桥式起重机为对象,应用有限元分析软件ANSYS对桥架结构进行模态分析,提取了起重机前6阶固有频率及其所对应的振型图;通过谐响应分析,分析了起重机在受外界激励作用时各阶频率下的变形情况;通过瞬态分析,获得了起重机的小车在桥架跨中位置起吊钢包时桥架(主梁)结构跨中部位的Y向位移、Y向速度和Y向加速度的时间历程曲线.     

基于车桥振动的桥梁振型识别及主梁挠度计算方法

根据桥梁间接测量法的基本原理,对一座三跨连续梁桥建立车桥振动有限元模型,提取匀速通过桥梁时车辆竖向加速度时程响应,利用中心差分法计算接触点加速度时程响应,采用快速傅里叶变换得到加速度频谱图,应用峰值拾取法识别出桥梁的前三阶频率;利用带通滤波技术从接触点竖向加速度响应中提取与桥梁频率相关的分量响应,通过希尔伯特变换得到测试桥梁的前三阶振型,并与有限元理论振型进行比较。结果表明：车体质量的改变对于振型识别没有明显影响;车速较低时对于振型的识别不利,但选择合适的驱车速度仍能够保证振型的识别精度。基于桥梁有限元模型,将识别的振型进行质量归一化,计算主梁的测试位移柔度矩阵,设计桥梁标准荷载试验方案,利用柔度矩阵计算主梁在试验荷载下的预测挠度,并与理论挠度进行比较。结果表明,在合适的车速下,预测挠度与理论挠度误差基本满足工程精度要求。     

Dynamic analysis and modal test of long-span cable-stayed bridge based on ambient excitation

To study the stiffness distribution of girder and the method to identify modal parameters of cable-stayed bridge, a simplified dynamical finite element method model named three beams model was established for the girder with double ribs. Based on the simplified model four stiffness formulae were deduced according to Hamilton principle. These formulae reflect well the contribution of the flexural, shearing, free torsion and restricted torsion deformation, respectively. An identification method about modal parameters was put forward by combining method of peak value and power spectral density according to modal test under ambient excitation. The dynamic finite element method analysis and modal test were carried out in a long-span concrete cable-stayed bridge. The results show that the errors of frequencies between theoretical analysis and test results are less than 10% mostly, and the most important modal parameters for cable-stayed bridge are determined to be the longitudinal floating mode, the first vertical flexural mode and the first torsional mode, which demonstrate that the method of stiffness distribution for three beams model is accurate and method to identify modal parameters is effective under ambient excitation modal test.