基于模态挠度法的预应力连续箱梁桥状态评估

以预应力混凝土连续梁桥的通扬运河大桥为研究对象,探讨基于运行试验模态分析的模态挠度法在桥梁状态评估中的应用。建立其有限元模型,通过环境激励振动试验获得其试验模态参数,基于柔度矩阵指标和挠度指标定义的两个目标函数,利用实数编码的加速遗传算法修正大桥的有限元模型,获得基本准确反映大桥实际静力行为的有限元模型。借助其有限元模型对试验模态振型质量归一化,利用振型已质量归一化的环境激励振动试验的试验模态参数,可获得桥梁结构已知载荷作用下的试验模态挠度,通过与静挠度实测值比较,可对桥梁的状态作出评估。结果说明基于运行试验模态分析的模态挠度法应用于桥梁状态评估的可行性与有效性。     

高耸柔性结构的模态参数识别及模型修正研究

采用三种基于环境激励的模态参数识别方法(多参考点稳定图算法(M-NExT/ERA)、数据驱动随机子空间识别法(SSI/Data)和增强频域分解法(EFDD))对广州新电视塔(GNTVT)进行模态参数识别,得到前12阶模态参数。利用有限元软件ANSYS建立GNTVT的有限元模型,根据识别得到的实测模态参数,结合遗传算法对GNTVT有限元模型进行修正。结果表明:识别方法可靠,得到的结果具有较好的精度;修正方法前5阶模态具有较好效果,满足工程需要。     

消能减震建筑结构的附加有效阻尼比估计

为估计一栋实际消能减震建筑结构在地震作用下的附加有效阻尼比,提出了一种基于有限元模型修正技术的阻尼比估计和验证方法。考虑到结构初始有限元模型存在较大模型误差,采用基于结构振动模态参数的直接模型更新方法修正初始有限元模型,其中,对于实测振型不完整问题,利用振型扩阶方法补充完整振型。基于模态应变能概念,利用整体结构模态参数识别值,推导了油阻尼器支撑系统附加给结构的有效阻尼比和有效频率的计算公式,并估计了主体结构的频率和阻尼比。以一组实际地震动监测数据为例,采用建议方法估计有效阻尼比和有效频率,通过对比修正模型的预测响应与实际监测数据,验证了建议方法的有效性。     

基于二阶泰勒级数展开和风驱动优化算法的结构有限元模型修正

为得到结构响应与修正参数之间的函数关系、简化参数迭代过程，通过推导结构响应关于修正参数的一阶与二阶泰勒级数展开，并选用具有寻优效率高、全局搜索能力强的风驱动优化算法，建立了基于二阶泰勒级数展开和风驱动优化算法的结构有限元模型修正方法。同时，为求解响应关于修正参数的二阶泰勒级数展开，采用差分法近似求得响应关于修正参数的一阶和二阶偏导数。利用该方法对算例模型进行了修正，并对比了一阶和二阶泰勒级数展开的修正效果。结果表明：二阶泰勒级数展开的修正效果明显优于一阶泰勒级数展开，增加二阶偏导数项可以更好地反映响应与修正参数之间的函数关系。基于该方法，采用实桥的静动力测试数据对青林湾大桥的有限元模型进行了修正，修正后的有限元模型能够较好地反映大桥的实际状况。     

基于试验数据的吊拉组合模型桥梁有限元模型修正

为获得吊拉组合模型桥梁的基准状态,结合子结构与响应面有限元模型修正方法,建立一种新的桥梁结构有限元模型修正方法。依据构造及力学特点,划分子结构并选择待修正参数;基于方差分析,利用参数显著性检验确定待修正参数;用均匀设计方法生成待修正参数样本集,由有限元分析获得对应的响应信息后,建立每一待修正参数与目标值的响应面模型;建立自振频率和位移适应度函数线性组合的联合目标函数,利用模型桥梁的静动力试验数据,由遗传算法获得参数的修正量,实现测试结果与有限元计算结果间误差的最小化。试验结果表明:所提方法能在确保设计参数合理且具有明确物理意义的前提下,对桥梁结构有限元模型实现有效的修正。     

基于贝叶斯的钢筋混凝土梁模型修正方法

本文提出了一个基于贝叶斯原理的钢筋混凝土梁有限元模型修正方法。针对钢筋混凝土梁模型修正中的方程病态问题及模态测试中测点信息不完整和模态信息不完备的实际情况,建立了适用于有限测点的目标函数和似然函数,且在目标函数中同时考虑了频率和振型信息。采用延迟拒绝自适应算法(DRAM)对待修正参数的后验概率进行了计算。数值算例表明本方法在仅使用低阶测量模态信息和不完整振型信息的情况下,仍能准确修正结构参数;实验算例表明,修正后的钢筋混凝土梁有限元模型的动力特性和测量结果一致,修正后的模型参数值和梁的轻微裂缝的位置及大小基本对应,说明了本文方法的有效性。     

在役T构桥梁的有限元模型修正

有限元模型修正是建立精确的基准有限元模型的基础。以在役T构桥梁——324国道乌龙江大桥为工程背景,利用ANSYS软件建立了全桥结构的三维有限元模型,进行了结构静、动力数值模拟分析,并与实测结果进行了比较;结果表明,未修正的有限元模型计算结果与实测结果存在较大误差。通过参数灵敏度分析,确定了对桥梁结构静、动力特性影响均较大的参数;采用零阶和一阶算法,基于自振频率与静力挠度组合的目标函数,对乌龙江大桥有限元模型进行了修正。修正后的有限元模型能较真实地反映结构的实际状态,可作为该桥梁长期健康监测与状态评估的基准有限元模型。     

基于混合优化技术的模型修正研究及其实现

对GARTEUR飞机模型进行参数型修正过程的缩聚问题,参数的灵敏度问题及其参数修正的求解问题作了分析和探讨。在此基础上对飞机模型进行有限元建模和试验模态分析,得到分析模态和模态试验的前六阶模态,运用有限元数据和实测数据进行基于混合优化技术模型修正研究。该结果表明,方法对解决修正研究中的修正结果的不唯一问题及其精度问题有实际意义。     

温度影响下基于布谷鸟算法的钢–混组合结构桥梁有限元模型修正

结构在日常服役的过程中反复承受变化的温度荷载,温度变化会导致材料弹性模量的变化,进而影响结构的刚度,相应结构的动力特性也会发生变化。本文在建立有限元模型时将温度作为材料参数函数的一个变量,并基于Matlab建立了I-40钢混组合结构桥梁有限元模型并计算其自振特性。同时利用布谷鸟搜索算法(Cuckoo Search)在考虑温度对结构材料参数的影响下对有限元模型进行了修正。修正后的结构模态参数与实验数据吻合良好,最大频率误差小于2%,模态置信准则MAC值均在95%以上,修正后的有限元模型可作为后续结构损伤识别的基准模型。     

车身焊装钢结构生产平台动力特性优化

为研究某车身焊装车间钢结构生产平台吊点相关的动力特性,首先采用有限元法,建立其梁壳单元模型进行模态分析.其次,进行工作状态下的模态试验,运用功率谱法完成结构模态参数识别;经对比,计算和试验模态分析结果一致性较好,有限元模型精度较高.最后,为提升钢结构生产平台中吊点结构的低阶固有频率,采用改进的非支配排序遗传算法以结构质量和第1阶固有频率为目标函数进行多目标优化;优化后,第1阶固有频率上升114％,而质量仅增加0.6％,满足工程抗震要求.     

基于径向基神经网络的桥梁有限元模型修正

基于某预应力混凝土大跨刚构-连续梁桥的ANSYS有限元模型,提出一种基于径向基神经网络的有限元模型修正方法。该方法以不同设计参数条件下有限元模型模态分析频率作为输入向量,以对应的桥面单元、中墩、边墩的弹性模量、密度等设计参数修正值作为输出向量,利用径向基神经网络来逼近两者之间的非线性映射关系。结合该桥梁结构健康监测系统中加速度传感器监测的桥梁结构动力反应的加速度数据,利用神经网络的泛化特性,直接计算出有限元模型设计参数的修正值。研究结果表明:修正后的有限元模型能更真实地反映结构的物理状态,较好地反映该桥梁结构的真实动力特性。     

基于试验模态参数的索-拱铁路桥的改进有限元模型

介绍基于模态参数的索-拱铁路桥的校准数值模型。基于扩大的频域分解法,采用只输出技术,通过扰动测试来确定自振频率,桥梁振动的整体和局部模态对应的振型及阻尼系数。采用一种遗传算法对数值模型进行改进,该算法可以在数值模型的15个参数中得到最优解。为了与模态匹配,采用了一种基于模态应变能计算的新技术。考虑到不同的初始种群,大量参数的稳定性证明了数值模型在优化范围内所采用优化算法的鲁棒性。通过一个混凝土的变形模量的特征试验和铁路运输下的动力试验,对改进的数值模型进行了验证。结果显示数值模拟结果与试验结果吻合较好。     

基于环境振动测试的润扬桥塔模型修正

桥塔是决定大跨度桥梁结构动力特性的重要部分之一,系统而深入地认识桥塔的动力特性是十分重要的。本文采用环境激励振动测试的方法对润扬桥塔的振动特性进行了测试,识别了其重要的模态参数。为了更深入地了解桥塔的力学性质,建立了桥塔的空间结构模型,依据最小秩方法(MROU),对结构模型进行了修正,识别出桥塔中重要的力学参数。修正后的模型为进一步模拟仿真分析大型桥塔在恶劣环境下的动态响应提供基础。     

大跨度连续刚构桥有限元建模与动力特性分析

本文采用有限元软件ANSYS建立某大跨连续刚构桥有限元模型,通过该模型的模态分析结果和实桥的环境振动测试结果的比较,得出一些有意义结论。     

大跨度钢筋混凝土箱型拱桥动力特性分析

本文以拱上建筑为拱式结构的某大跨度钢筋混凝土箱形拱桥为工程背景,通过对该桥进行环境振动测试获得桥梁振动特性,采用有限元分析软件Midas/civil建立该大桥的空间有限元模型并进行理论模态分析,把模型中考虑与不考虑拱上建筑刚度的动力特性理论计算结果与实测结果进行比较分析,得出一些有意义结论。     

The effects of the repair operations and replacement of the elastomeric bearings on the modal characteristics of a highway bridge

In this paper, the extraction of the dynamic properties of a two span simply supported pre-stressed concrete skew highway bridge has been reported. The experimental work has been carried out according to a predetermined repair program involving the replacement of the elastomeric bearings. The operational modal analysis (OMA) technique has been used for the extraction of the modal properties of the bridge. The dynamic parameters of the bridge have been derived with the use of the frequency domain decomposition (FDD) as well as the stochastic subspace identification (SSI). Five modal tests have been carried out during different stages of the repair operations. One of these tests has been performed under normal traffic and the rest of the experiments have been carried out in the condition of traffic closure. Supporting numerical analyses have demonstrated close agreement between experimental and numerical results. In addition, the effects of the variation of the values of the shear modulus of the elastomeric bridge bearings on the dynamic properties of the bridge have been investigated. As a result of the experimental and numerical studies, it has been demonstrated that some additional retrofit measures also needed to be taken.     

模式识别的斜拉桥损伤诊断动力指纹与识别算法

为有效并准确诊断出斜拉桥损伤,对基于模式识别的斜拉桥损伤诊断方法进行了研究。选取易于测试出的低阶模态频率和部分关键点竖向振型数据为动力指纹,无需模态扩展或模型缩聚。研究并采用全因子设计进行动力指纹库的创建,可精确评估设定的损伤因子及其交互作用对损伤识别结果的影响。设计并增加了带随机误差的动力指纹库样本集。编制了基于Matlab的模式识别的多种算法,重点研究了精确度高的多层感知器识别算法及其提高该算法预测准确率的装袋集成算法。最后给出一座单塔双跨双索面斜拉桥的多种识别算法的损伤诊断过程和结果,得到一种可包容测试随机误差的高精确度斜拉桥损伤诊断评估模型。     

Multi-scale damage analysis for a steel box girder of a long-span cable-stayed bridge

Accurate evaluation of the effect of possible damage in critical components on the dynamic characteristics of a structure is of critical importance in developing a robust structural damage identification scheme for a long-span cable-stayed bridge. The strategies of finite element (FE) modelling of a long-span cable-stayed bridge for multi-scale numerical analysis are first investigated. A multi-scale model of the Runyang cable-stayed bridge is then developed, which is essentially a multi-scale combination of a FE model for modal analysis of the entire bridge structure and FE sub-models for local stress analysis of the selected locations with respect to the substructuring method. The developed three-dimensional global-scale and local-scale FE models of Runyang cable-stayed bridge achieve a good correlation with the measured dynamic properties identified from field ambient vibration tests and stress distributions of a steel box girder measured from vehicle loading tests, on the basis of which the effectiveness of some damage location identification methods, including a modal curvature index, a modal strain energy index and a modal flexibility index, are evaluated. The analysis results show that the effect of the simulated damage in various components of the steel box girder on the dynamic characteristics of a long-span cable-stayed bridge should be properly considered in structural damage analyses using multi-scale numerical computation.