基于曲率模态曲线的结构损伤识别方法

采用曲率模态对简支梁的单处和多处损伤进行了识别研究。首先用ANSYS有限元程序建立模型,并计算得到了位移模态振型;针对噪声下具有不同损伤状况的结构,进行了曲率模态分析,通过曲率模态曲线的畸变定位损伤位置,然后利用最小二乘拟合法计算了损伤处的有效面积,并估计了其损伤程度。数值分析表明:曲率模态对结构的损伤较敏感,它无需原始结构的模态参数,仅需低阶模态信息便可准确方便的识别结构的损伤位置,识别过程中在引入随机误差情况下各指标识别效果的比较结果表明,所提方法能有效估计损伤程度,可为今后结构损伤识别提供参考。     

改进曲率模态识别桥梁损伤位置方法研究

结构健康监测和结构状态评估的主要前提之一是结构损伤识别。基于曲率模态对结构局部损伤比较敏感和频率指标测试简单方便、精度高的特点,本文提出了一种以结构的曲率模态为基础,综合考虑频率的变化的改进的结构损伤识别方法。随机子空间方法是一种行之有效的基于环境激励的结构状态识别方法。该方法的主要优点是无需人工激励,不中断桥梁的运营。为此,论文提出了一种不中断桥梁运营的基于改进曲率模态的桥梁结构损伤识别方法。最后用一三跨连续梁的有限元模型对该改进方法进行了验证。结果表明,采用随机子空间结合改进的曲率模态方法可以在不中断桥梁运营的前提下有效地识别出桥梁的损伤状况。     

大跨斜拉桥多点反应谱法地震响应分析

大跨度桥梁结构作为交通枢纽工程和生命线工程,为确保安全运营,对其进行地震响应分析和进行抗震研究十分重要。为了工程实际应用的方便,在大桥地震反应分析中,采用各国规范常用的反应谱法。但是对于大跨度斜拉桥,选用贯用的一致激励反应谱法存在很多不实际和不合理的地方,因此选用由Kiureghian和Neuenhofer首先提出和推导的多点反应谱法,考虑了地震动的空间效应。通过有限元软件ANSYS建立斜拉桥模型,计算了大跨度斜拉桥主塔主梁等主要构件的响应值。并和一致激励反应谱得出的响应值做比较,得出了相应的结论,对大跨度斜拉桥的地震响应分析和抗震设计具有一定的指导意义。     

微动测试技术在古建筑拱桥结构检测中的应用

在古桥梁建筑结构保护中,无损高精度检测一直是一个重要的研究课题。为识别古桥梁拱桥的结构损伤问题,以上海青浦迎祥桥为研究对象,采用全站仪对桥梁结构的变形进行观测及分析,评价桥梁的变形及受力状态;采用微动测试技术,获取结构的损伤动力特性参数,包括固有频率及振动模态。通过分析现有桥梁的模态分布,观测振动模态的突变位置确定结构损伤位置,比较结构的变形特性,对结构的损伤程度进行评价。     

基于应变模态的结构损伤定位方法

针对简支梁的单一位置及其多位置损伤，利用结构有限元分析软件计算得到简支梁的位移模态，再通过应变和位移之间具有一阶导数的关系，对简支梁进行了应变模态分析。结果表明，应变模态对损伤比较敏感而位移模态对损伤不够敏感；当损伤发生在应变模态的节点处时，损伤不易被识别，但是可以结合多阶应变模态进行损伤识别。最后对应变模态法的工程实用性进行了评价。     

天兴洲公铁两用斜拉桥主梁纵向列车制动振动反应分析

本文对天兴洲公铁两用斜拉桥主梁纵向列车制动的振动反应进行了研究。天兴洲大桥是目前在建的世界上跨度最大的公铁两用斜拉桥,由于具有四线铁路,其主梁在列车制动及行车移动荷载作用下会沿纵向产生大幅振动,因此对其列车制动及行车移动荷载反应进行研究尤为必要。文中,首先根据车辆动力学的原理建立了列车制动动力学模型,获得了列车制动力纵向荷载及在制动过程中列车行走所产生的竖向荷载,并建立制动力传递有限元模型,应用有限元分析软件来获取钢轨上制动力及列车行走时引起的桥梁结构节点上的作用力时程。最后对天兴洲公铁两用斜拉桥主梁纵向列车制动及行车移动荷载的振动反应进行了仿真分析,发现了其主梁纵向列车制动反应具有位移大且速度极小的特点。     

基于振型曲率演化法的RC框架结构地震损伤识别

为快速识别地震导致的框架结构损伤,采用一种新的损伤识别方法,即振型曲率演化法。该方法采用S变换对结构顶部的加速度进行分析,进而得出地震前与地震期间的两个重要时刻,然后通过计算这两个时刻的振型曲率差识别结构薄弱层位置。为验证该方法的合理性和有效性,以6层3跨RC框架结构为例,在不同地震波和不同调幅工况下,分别对比振型曲率演化法与单参数层间位移角、双参数损伤指数两种损伤指标识别的结构薄弱层位置。在此基础上进一步研究了振型曲率差与两种损伤指标之间的相关性,并建立了线性关联模型来识别薄弱层损伤程度。结果表明：振型曲率演化法与两种损伤指标在不同地震工况作用下识别的薄弱层有很好的一致性,说明该方法能够准确识别结构薄弱层位置。振型曲率差与两种损伤指标之间的拟合公式的相关系数均在0.8以上,相关性都很高,通过分析这种相关性,可以利用振型曲率差获得结构薄弱层的损伤程度。     

强震作用下高墩桥梁抗震性能特点分析

西部山区高墩桥梁通常是线路中的控制工程,本文结合西部山区典型高墩桥梁,基于纤维模型的有限元方法建立了高墩桥梁的非线性数值分析模型。通过采用增量动力分析法,即IDA方法对高墩桥梁结构进行了非线性动力时程分析,探讨了在横桥向强震作用下该结构墩身截面曲率的分布特点、墩身中部塑性区域的形成和发育、以及不同频谱特性的地震动激励下的破坏模式和损伤过程,在此基础上以截面曲率作为性能指标对高墩桥梁结构进入塑性后的抗震性能特点展开讨论,揭示高墩桥梁结构在高阶模态影响下抗震性能的复杂性。     

大跨桥梁结构损伤诊断与安全评估的多尺度有限元模拟研究

探讨了以结构损伤诊断与安全评估为目标的大跨桥梁结构多尺度有限元模拟的策略与方案。在有限元模型误差来源分析的基础上,提出了大跨桥梁结构模型误差的分层次修正方法。通过对润扬长江大桥斜拉桥的有限元建模和模型修正过程,提出了大跨斜拉桥结构以损伤诊断与安全评估为目标的多尺度有限元模拟方法。研究表明,大跨桥梁结构的多尺度有限元模拟必须建立在模型误差分析的基础上,并采用模型误差的分层次修正方法才能较好的满足多尺度有限元模拟的技术要求。     

基于曲率模态和小波变换的结构损伤位置识别

小波变换具有在时域和频域内表征信号局部特性的能力,能够在不同尺度下对结构响应中的突变信号进行放大和识别.在结构曲率模态基础上,本文提出了一种基于小波变换的结构损伤检测和定位方法.利用双正交小波函数对损伤前后结构的曲率模态进行小波变换,用损伤前后小波变换系数残差建立了结构损伤指标,通过小波变换系数残差的分布统计情况判定损伤的存在并确定其位置.应用简支梁数值模拟结果对该方法进行了验证.     

基于高斯曲率模态相关系数的梁桥支座损伤识别研究

为方便地检测梁桥支座损伤,提出了利用运营桥梁实测模态位移结合其无损状态的模态位移判断支座损伤的高斯曲率模态相关系数法。通过简支梁桥的室内试验,验证了利用高斯曲率模态相关系数判定支座损伤的合理性以及该方法中无损状态下的模态位移可以通过模态试验和有限元模拟两种方法获得。利用该方法对实际简支梁桥和连续梁桥进行的支座损伤识别结果表明:高斯曲率模态相关系数法可准确识别出单支座和多支座损伤的支座损伤位置,具有较强的鲁棒性,可将此方法应用于实际工程中的支座损伤识别。     

基于增量动力分析和纤维模型的矮塔斜拉桥结构抗震性能研究

基于OpenSees软件及其纤维模型的有限元方法,建立了典型矮塔斜拉桥的非线性数值分析模型,分析各构件的抗震性能指标。采用动力增量分析法（即IDA方法）,对结构进行了非线性动力时程分析,分别探讨了在纵桥向和横桥向地震作用下矮塔斜拉桥结构的构件破坏规律。分析了在不同加速度峰值情况下,矮塔斜拉桥主塔和边墩沿高度变化的应变包络图、主梁内力包络图及支座位移包络图。结果表明：与一般斜拉桥性能要求不同,矮塔斜拉桥的主塔可以发生损伤,塔底和边墩墩底为主要控制截面,支座在纵桥向地震组合作用下较易发生破坏,拉索和主梁是不易损伤的构件,主梁内力包络图的分布情况随着地震峰值的增加发生变化。     

非对称单侧混合梁斜拉桥多点激励地震响应分析

以一座主跨为820 m的双塔非对称单侧混合梁斜拉桥为研究对象,对其进行动力特性分析。运用相对运动法进行多点激励地震响应计算,分析行波效应对塔顶、主梁、塔底等关键位置动力响应的影响,同时对比分析入射角方向（即斜拉桥两侧相对方向）对其动力响应的影响。结果表明：与一致激励分析结果相比,多点激励使得主塔内力结果偏小,而使得主梁内力结果偏大;不同入射角地震激励对非对称大跨度斜拉桥的内力也会产生较大影响,内力变化可达20%。因此,在进行该类型非对称混合梁斜拉桥设计中,应考虑非一致激励效应和地震动输入方向的影响因素。     

Influence of structural parameters on dynamic characteristics and wind-induced buffeting responses of a super-long-span cable-stayed bridge

A 3D finite element (FE) model for the Sutong cable-stayed bridge (SCB) is established based on ANSYS. The dynamic characteristics of the bridge are analyzed using a subspace iteration method. Based on recorded wind data, the measured spectra expression is presented using the nonlinear least-squares regression method. Turbulent winds at the bridge site are simulated based on the spectral representation method and the FFT technique. The influence of some key structural parameters and measures on the dynamic characteristics of the bridge are investigated. These parameters include dead load intensity, as well as vertical, lateral and torsional stiffness of the steel box girder. In addition, the influence of elastic stiffness of the connection device employed between the towers and the girder on the vibration mode of the steel box girder is investigated. The analysis shows that all of the vertical, lateral and torsional buffeting displacement responses reduce gradually as the dead load intensity increases. The dynamic characteristics and the structural buffeting displacement response of the SCB are only slightly affected by the vertical and torsional stiffness of the steel box girder, and the lateral and torsional buffeting displacement responses reduce gradually as the lateral stiffness increases. These results provide a reference for dynamic analysis and design of super-long-span cable-stayed bridges.     

大跨度斜拉桥地震响应非线性时程分析

以有限元分析理论为基础,结合某大跨度斜拉桥工程实例,利用ANSYS软件建立有限元模型,通过修正后的El Centro波分别考虑横向、竖向及纵向输入,采用时程分析方法对其进行地震反应分析.计算分析表明:考虑几何非线性后,结构的内力和位移响应明显增大,且对主梁和索塔内力与位移的影响程度及规律也不尽相同,须区别对待分析.同时表明该桥抗震性能良好,地震荷载不控制设计.由此得出结论,对于斜拉桥这类柔性体系, 不可忽视结构几何非线性的影响.     

基于局部测点模态测试的简支梁桥承载刚度评定试验研究

快速可靠地检测服役桥梁的承载刚度对保障道路交通线路的安全运营具有重要意义。文章提出一种基于局部测点模态测试的简支梁桥承载刚度评定方法,并以某实际工程中一座简支梁桥为试验对象,对所提方法的可行性和准确性进行验证。设计传统桥梁荷载试验的中载和偏载加载方案,测得各工况下简支梁桥跨中截面的实测静挠度,基于环境激励进行联合测点模态试验和局部测点模态试验,预测简支梁桥跨中截面的模态挠度,并结合桥梁理论挠度计算结构挠度校验系数。结果表明：中载、偏载工况下联合测点模态试验预测的跨中截面模态挠度与静载试验跨中截面实测静挠度的相对误差最大不超过5.7%,基本满足工程精度的要求;联合跨中截面测点和桥面加载点测点的联合测点模态试验能够准确评估桥梁的承载刚度;仅在跨中截面布置传感器的局部测点模态试验预测的模态挠度基本等价于联合测点模态试验预测的模态挠度,两者的相对误差小于2%,局部测点模态测试预测的跨中截面挠度校验系数与静载试验的实测挠度校验系数相比具有很好的一致性。     

基于损伤分析的旧曲线梁桥抗震性能评估

曲线桥梁在役期间可能面临地震灾害,导致结构损坏甚至坍塌,为了评估在役桥梁的抗震性能,提出基于损伤分析的曲线梁桥抗震性能评估方法。建立旧曲线梁桥有限元模型,基于损伤分析的原理,提出适合曲线梁桥地震响应特性的构件损伤模型,在全桥有限元模型中输入不同类型地震动,计算各构件的损伤指数,并结合旧桥检算系数,由各构件损伤指数综合得到桥梁的整体损伤指数。结果表明:不同地震动下主梁会发生碰撞破坏,桥梁两端的支座容易发生移位,桥墩沿横桥向或顺桥向均会产生位移;不同地震动对主梁、支座、桥墩等构件造成的损害程度有较大差异,各构件的地震响应会影响桥梁整体结构的抗震性能,其中桥墩对桥梁整体抗震性能的影响最大,桥墩位移超过极限值可能导致倒塌;主梁反复碰撞会加剧桥梁的破坏程度,桥梁两端支座在地震作用下更容易发生损坏。     

应用人工神经网络技术的大型斜拉桥子结构损伤识别研究

本文应用人工神经网络技术对大型斜拉桥结构进行了子结构损伤识别研究。文中首先介绍了子结构损伤识别的基本方法，然后应用自组织竞争神经网络建立了对于大型桥梁结构识别子结构损伤情况的子结构损伤识别方法，并且应用BP网络进一步建立了大型桥梁结构各子结构内部的损伤位置和损伤程度的识别方法，数值模拟了一大跨度斜拉桥子结构损伤以及子结构内部损伤的识别过程，最后得出结论：(1)基于自组织竞争网络的子结构损伤识别方法能迅速准确地识别大型结构的损伤情况；(2)基于BP网络所建立的结构损伤识别方法，能对子结构中结构损伤的位置和程度进行进一步的识别；(3)基于人工神经网络技术的结构损伤识别方法是大型土木工程结构损伤识别的有效方法，可在工程结构损伤识别中广泛应用。     

苏通大桥结构健康状态评估技术研究与应用（3）：主梁损伤定位

为提高基于模态参数的损伤识别方法的损伤敏感性和噪声鲁棒性,将多源数据融合技术引入到苏通大桥主梁损伤定位方法中。基于D-S证据理论对模态柔度和模态应变能指标进行数据融合,并以苏通大桥扁平钢箱梁为分析对象,对融合后损伤定位指标的应用效果进行了讨论。结果表明：基于数据融合的损伤定位方法具有较强的损伤敏感性,只需要较少的低阶模态信息就能识别主梁的早期损伤;数据融合后,损伤定位指标可以在较强的噪声环境下准确地识别斜拉桥钢箱梁的损伤,具有较好的工程实用性。     

在役公路梁式桥综合震害等级预测研究

为客观预测在役公路梁式桥综合震害状况,考虑在役桥梁在运营期存在的病害问题,从压力和承压两方面建立在役公路梁式桥综合震害预测评价指标体系。以桥梁作为承灾体,建立在役公路梁式桥综合震害物元可拓模型,运用熵权法进行赋权,确定桥梁的综合震害状况。以一座在役梁式桥为例,运用上述模型确定算例的综合震害状况。研究结果表明,该桥的综合震害等级为Ⅲ级,破坏等级中等,且根据结果分析影响桥梁震害程度的主要影响因素;该模型通过对多个指标关联系数的综合分析来评价在役梁式桥的综合震害等级,极大地提高了该模型评估的准确率及可靠性,为桥梁震害等级的预测提供一定的参考,对提升桥梁综合抗震能力具有积极意义。