斜拉桥张拉索张力的测定

基于斜拉桥拉索的受力特点,提出一种索张力测定的新方法.文中研究了索张力传感器的测试机理,导出了传感器测力信号与索张力的关系.研究结果表明:该测试方法能有效地消除支座条件、拉索自重及索抗弯刚度等因素对测力信号的影响,可实现斜拉桥张拉索受力的精确、快捷测量.     

漂浮式斜拉桥全局模态对CFRP索的敏感性研究

斜拉桥复杂动力学问题中的一个关键问题是局部模态频率与全局模态频率成倍数匹配关系时可能导致的斜拉索大幅振动.本文针对这个问题,基于传递矩阵法,研究CFRP索对斜拉桥全局模态频率的敏感性.将斜拉桥的桥面梁和桥塔分别视为多离散弹性支承欧拉伯努利梁,建立其动力学控制微分方程,基于传递矩阵法对其特征频率进行求解.以长沙某独塔斜拉桥作为算例,对结构主要构件:斜拉索、塔和桥面梁的刚度变化对全局模态频率变化的敏感性问题进行了分析.结果表明,桥面梁和桥塔全局模态频率对斜拉索刚度变化非常敏感,并且用CFRP索替换钢质拉索可能避开拉索局部模态与斜拉桥全局模态的倍频关系,从而控制斜拉索的大幅振动.     

利用LabVIEW实现拉索振动信号的精确频谱分析

斜拉索的索力检测是检验斜拉桥的重要环节。一般采用频率法，其中索力与拉索振动信号基频测试的准确性有直接关系。计算频谱常用FFT算法，但由于其栅栏效应误差较大，想要提高分辨率只能增加时长。为了提高测试效率，求得精确索力值，在LabVIEW环境下，首先利用FFT算法得到各阶频率估计值，然后利用DTFT算法对局部范围峰值进行搜索，进而得到各阶频率精确值。系统在军都山渡槽桥试验中得到了很好的验证。试验结果表明系统在不增加测试时长情况下能有效提高斜拉索固有频率估计的精度，从而能得到精确索力值。     

索梁结构中抗弯刚度斜拉索的非线性响应

研究索梁结构中考虑抗弯刚度斜拉索的非线性响应.从斜拉桥中简化出索梁组合结构力学模型,考虑抗弯刚度、几何非线性及垂度等因素,忽略索梁纵向振动,基于Hamilton变分原理,获得了索梁结构耦合非线性振动偏微分方程组.首先运用Galerkin方法离散该方程组,然后利用多尺度法对该方程组进行摄动分析.以某索梁结构为例,分析了索主要参数对抗弯刚度斜拉索面内基频的影响,探讨了抗弯刚度对斜拉索幅频响应、激频响应的影响,数值模拟获得了索梁结构的时程曲线.结果表明,考虑抗弯刚度后,索长对斜拉索面内基频的影响较大,对于短索,应考虑抗弯刚度;含抗弯刚度斜拉索的幅频响应曲线整体向右平移,激频响应曲线向左移,移动的幅度取决于抗弯刚度的大小;梁振动将对索振动产生显著影响,索振动对梁的振动影响很小.     

斜拉索的磁流变半主动自适应控制器设计

考虑描述磁流变(MR)阻尼器力学行为的LuGre动态摩擦模型,建立了新的斜拉索-MR阻尼器系统模型,该模型能够很好地描述斜拉索-阻尼器系统的动态特性,且能够实时辨识MR阻尼器内部参数.对于新的系统模型,基于Lyapunov直接法设计了抑制斜拉索振动的半主动自适应控制方法;原系统可变换为带有小参数的奇摄动系统,采用奇摄动理论对该系统进行分析,得到了另一类半主动自适应控制方法.仿真结果表明提出的两种控制方法均能够很好地抑制拉索振动.     

串列双索气弹模型的风洞试验研究

为研究斜拉桥串列拉索或悬索桥无吊杆串列主缆在风荷载作用下的相互干扰情况,通过自行设计的拉索试验装置,对两串列拉索进行了一系列的气弹模型风洞试验.试验得到索间距W/D在5.85～20变化(W为拉索中心距,D为拉索直径),风偏角在-90°～90°范围内变化时上下游索的一些响应特性.试验观测到了明显的尾流驰振现象,且试验结果表明索间距与风偏角的变化对串列拉索是否出现尾流驰振都有明显的影响.在发生尾流驰振时,以下游索面外的振动为主,且其临界风速随索间距W/D变小而降低;在同一索间距下,0°风偏角为最不利状态,且负风偏角比正风偏角更容易发生尾流驰振.     

基于视频相位的拉索振动检测

作为斜拉桥的重要受力构件,斜拉索的振动检测对桥梁健康监测具有关键作用.在实验室理想条件下,传统的空间相位振动检测算法能够实现结构振动的高精度测量,然而在实际场景下,环境因素如车辆、风激励以及拉索与地面的角度等会对测量结果造成较大的误差,因此其不适用于实际场景下的拉索振动检测.针对此问题,本文提出了一种基于方向自适应复可控滤波器的拉索振动频率检测算法,用于实现在真实场景下拉索振动的精确测量.首先,利用拉索的直线特性检测拉索位置,并确定拉索主振方向;其次根据拉索的振动方向特性,设计方向自适应复可控滤波器组,对视频的每一帧图像进行分解处理,得到不同尺度同一方向的相位谱和幅度谱,并对拉索边缘区域相位进行增强;最后将每一帧图像处理得到的不同尺度的空间相位进行平均,按时间顺序排列生成相位序列,对提取到的相位序列进行傅里叶变换得到拉索振动主频频率.通过与加速度传感器测量结果比较,证明本文算法鲁棒性较高,能够满足真实场景下桥梁拉索振动测量的应用需求.     

CFRP索斜拉桥面内自由振动的多索梁模型及模态分析

为研究斜拉桥中索与梁、索与索之间的耦合振动问题,建立了斜拉桥的单梁-多索力学模型.考虑索的初始垂度引起的几何非线性因素的影响,将多索梁模型分段处理,基于索、梁经典的面内振动的微分方程,通过索、梁连接处的动态平衡条件,建立多索梁模型面内振动理论.以双索梁为例,应用分离变量法,结合边界条件,求解双索斜拉梁模型平面内自由振动的特征值问题.同时,建立双索梁的有限元模型,有限元所得结果与本文理论研究吻合良好.最后对CFRP索梁模型的各项相关重要参数进行分析,并将本文理论与课题组前期成果进行对比分析.研究表明,CFRP索能极大改善双索梁模型的基本动力学性能.增大拉索轴向刚度能明显提高模型的低阶频率,而梁弯曲刚度的提高对其高阶频率的提高比较明显.     

数据采集对斜拉索索力测量精度影响研究

随机激励频率法是检测斜拉索张力的有效方法。频率法的关键是在于准确地识别出索的基频。在刚度、垂度及温度等边界条件一定的条件下,拉索索力测量精度主要由振动信号数据采集的频率和采样时间决定。从理论上分析数据采集频率与采样时间与索力测量精度的关系,并在此基础上对马桑溪长江大桥斜拉索振动数据进行实验,实验结果与理论相符合。     

神经网络在桥梁检测中的应用

文章采用人工神经网络的方法,使用桥梁测试的历史数据构造BP神经网络模型,建立斜拉桥索力之间的映射关系,根据这种映射关系,可以通过对部分桥索受力的检测,得到其余桥索的索力。最后在位于长江上的某座斜拉桥上对该方法进行了验证。     

基于欧拉运动放大算法的桥梁索力测试方法研究

斜拉索、吊杆和系杆是缆索承重桥梁的重要受力构件,但传统的索力测试方法存在操作复杂、 成本高和效率低的缺点,为此开展基于欧拉运动放大算法的索力测试方法研究。采用数码摄像设备采集拉索振 动的数字图像数据,经过基于相位的欧拉运动放大算法处理,获取运动放大后的图像序列;利用基于 Canny 算子的边缘识别算法得到边缘图像序列,并通过边缘定位提取拉索人工标记的位移时程数据;最后利用频率 法识别拉索索力。以拱桥吊杆索力测试为背景,讨论了基于相位的欧拉运动放大算法与基于 Canny 算子的边 缘识别算法的适用情况。与传统基于加速度传感器的索力测试方法相比,该方法具有易操作、低成本和高效 率的特点。     

Support vector machine based aerodynamic analysis of cable stayed bridges

Flutter, a self-excited vibration resulting from the interaction between structural motion and aerodynamic force, is the major aspect in wind resistant design of cable stayed bridges. The critical speed for flutter of a deck section can be evaluated using the flutter derivatives obtained by sectional model testing of the bridge deck in a wind tunnel. Since it is very expensive, time consuming and laborious to conduct wind tunnel tests for all the practical dimensions of deck, the support vector machine (SVM) is applied for predicting the flutter derivatives for any deck size. The wind tunnel experimental data is collected from literature and SVM is trained. Thus predicted flutter derivatives are used for estimation of critical flutter velocity of cable stayed bridges. The effect of each aerodynamic derivative on flutter instability is investigated in this study.     

用于斜拉桥索力在线监测的新型传感技术

分析了斜拉桥结构索力在线监测技术的基本原理、性能特点和应用范围,并对比了这几种监测技术的测量精度、测量方式和适用对象等特点。最后,指出未来桥梁拉索索力监测的发展趋势。     

基于光纤干涉的电缆通道振动辨识与预警系统

随着社会发展,电缆凭借诸多优势得到了广泛应用。但各类违章行为造成的电缆受外力破坏事故层出不穷,带来社会经济的巨大损失。针对配电网电力电缆外力破坏问题,本文基于光纤干涉原理设计了一种适用于中低压配电网电缆通道的防外侵预警系统。该系统能够实现振动信号辨识,对入侵信号进行防区定位以及综合评估。它主要由硬件系统和软件系统两部分构成,将监控范围内的入侵振动信号进行采集,分别提取其属性特征,采用支持向量机和BP神经网络对入侵信号进行识别。入侵振动信号可划分为安全、警告、危险三种等级,一旦危险侵入源靠近电缆通道,预警系统将通过短信形式及时提醒值班人员。测试结果表明,该系统设计合理,对振动信号识别准确率高,可达到80%。该系统工作原理简单,安装便捷,适用于监测中低压配电网电缆通道外力入侵。     

基于数字疲劳传感器的疲劳监测系统及寿命评估

疲劳寿命计是电阻-疲劳响应记忆元件,其电阻值随疲劳而增加,栽荷卸除后电阻变化值保留.通过设计适用于桥梁疲劳栽荷检测的数字式传感器和监测系统,对大桥实施长期实时监测和定期技术状态评估,考察大桥在服役期内完成设计预定功能的能力,提高桥梁的安全性.为解决疲劳损伤及寿命评估问题,通过编制的疲劳评估系统,对东海大桥48个危险截面测点进行疲劳分析,得到实际损伤及损伤度,并进行寿命评估.成功地建立了东海大桥疲劳损伤及寿命评估系统,并可推广应用于其他桥梁.     

气动蠕动式缆索维护机器人的研制

本文研制了一种用于斜拉桥缆索的检测、清洗和涂装等维护作业的气动蠕动式缆索机器人 ．该机器人分上体和下体两部分,由气缸实现移动、夹紧和导向功能．其能用于大直径范围 的缆索,牵引力大,安全可靠．     

基于光纤光栅振动传感器的桥梁索力实时监测

将研制成功的光纤光栅振动传感器以及桥梁索力实时监测系统应用于武汉长江二桥进行索力长期远程实时监测.光纤光栅振动传感器输出的信号可在光纤中进行远程传输,能在任何气候条件下长期稳定工作,适合于桥梁拉索索力的长期远程实时监测;开发的桥梁索力实时监测系统软件,具有拉索特征频率自动识别能力,可以实时进行索力计算.通过对武汉长江二桥拉索索力的实时监测,得到了桥梁索力的分布及其运行状况,为桥梁安全评估提供了可靠的依据.该系统可推广应用于其他大型斜拉索桥.     

基于磁弹效应的斜拉桥索力传感器研究

针对斜拉桥索力在线监测的实际情况和现有索力传感器的不足,提出了基于磁弹效应的新型索力传感器,并阐述它的原理,详细分析它的影响因素及其处理办法,搭建相应的试验系统,进行了拉力模拟试验,试验表明:该传感器动态响应好,测量重复性误差为±0.2%,满足索力的在线测量要求。