基于车辆制动激励和小波包能量分析的连续梁桥基础冲刷识别方法

近年来，因基础冲刷引发的桥毁事故频发，冲刷会造成桥梁下部结构周围土体被破坏进而导致基础承载力下降，并且由于冲刷位置隐蔽增加了识别检测的难度。为了精准识别桥梁下部结构的基础冲刷损伤，利用车辆制动作用可引起更为显著的桥梁下部结构纵桥向动力响应这一特点，提出了一种基于车辆制动作用下桥梁动力响应小波包能量分析的连续梁桥基础冲刷识别方法。该方法选择典型三轴车制动作用作为动力激励，利用小波包对冲刷前后的车辆制动作用下桥墩顶纵桥向加速度响应进行分解，提出以小波包能量方差变化率作为冲刷识别指标，实现基础冲刷位置识别；进而通过数值模拟方法建立包含多种冲刷程度与对应测点冲刷指标值的样本库，拟合分析确定冲刷识别指标值与冲刷程度间的函数关系，通过识别出的各测点冲刷指标值基于模式反演方法实现冲刷程度的量化识别。一座混凝土连续梁桥工程实例的分析结果表明，该方法能够实现梁桥基础冲刷的定位和定量识别，抗噪能力强，且识别结果受桥面不平度、制动位置、车质量和初始车速等因素影响较小。该方法在试验过程仅需在桥墩顶安装加速度传感器，可借助常规的桥梁荷载试验项目实现，具有测试简便易行、识别精度好等特点，适于公路梁桥基础冲刷的快速检测。     

桥面板分片子结构模态柔度综合理论与试验

为了研究桥面板分片子结构模态柔度综合的理论和实现方法,对2种进行动力计算分析模态柔度的方法以及其一致性进行了介绍.利用这2种方法获取不同子结构的质量归一的振型,并对子结构振型进行拼接得到整体结构的振型,进一步得到整体结构模态柔度(称为分片子结构模态柔度综合技术).通过简支混凝土板的数值试验和实际钢-混凝土组合梁桥的真实试验,验证了利用分片子结构模态柔度综合技术测试识别桥面板模态柔度的可行性.在进行分片子结构模态测试的基础上,将单点输入多点输出(SIMO)子结构综合的模态参数与多点输入多点输出(MIMO)得到的整体结构模态参数进行比较.结果表明:单点输入单点输出(SISO)、SIMO和MIMO方法均能准确获取桥梁结构激励点的模态柔度系数,并能通过子结构振型拼接的方法获得与静力方法相差很小的模态柔度矩阵,可作为传统卡车加载测试有效补充的新型桥梁测试方法.     

运营状态下杨浦大桥模态试验与状态评估方法研究

利用频域一空间域分解法,建立桥梁运行模态识别方法.该方法对桥梁在实际运行状态下车辆激励的响应测量数据进行无偏功率谱估计;然后采用奇异值分解技术,将随机响应数据空间分解成信号和噪声2个子空间,得出模态指示函数;并利用空间模态滤波技术分离出单一模态,准确识别出桥梁结构的模态参数.通过对杨浦大桥进行动力试验,测试桥梁在环境激励下的振动信息,采用该方法分析得到桥梁结构的动力参数,并与有限元计算结果相对比,有效实现了对桥梁结构整体状态和工作性能的评估.     

某跨海大桥桥墩基础冲刷试验研究

桥梁水毁的最重要原因是桥墩冲刷,正确预测桥梁的冲刷深度能为基础埋置深度的确定提供理论依据。目前国内外对于复合桥墩在实际海洋潮流和不规则波浪联合作用下冲刷深度的计算精度还有待提高,因此进行物理模型试验来确定桥墩冲刷深度就显得尤为重要。根据数值计算提供的水流边界条件,利用正态模型试验的方法,测量往复流及不规则波和往复流共同作用下跨海大桥桥墩基础最大冲刷深度,通过对比试验的方法研究了水流与桥墩不同夹角对不同型式桥墩冲刷的影响以及波流共同作用下的桥墩最大冲刷深度,从而为工程建设的安全性和经济性提供有力的技术支撑,同时也可为同类型其他桥梁冲刷物理模型试验提供参考。     

基于柔度曲率比与遗传算法的既有钢筋砼拱桥损伤识别研究

针对目前单一方法无法精确识别桥梁结构损伤位置与程度的状况,结合柔度曲率比理论与变异遗传方法,以结构柔度矩阵为参数,利用基于柔度矩阵的柔度曲率比识别损伤位置、改进自适应双向变步长变异遗传算法识别结构损伤程度;以湖南省常宁市北门桥为研究对象,开展实桥外观、钻芯样本、钢筋锈蚀及静载等检测试验,并对检测结果与损伤识别结果进行对比分析,结果表明,文中构建的结构损伤识别方法可行,且其识别精度高,可为桥梁工程结构损伤识别提供一种新思路。     

基于模型修正的公路简支板梁桥荷载横向分布系数计算方法

为了使得理论计算的桥梁荷载横向分布系数与试验结果更加吻合，并且降低静载试验成本，在铰接板法基础上，提出一种基于模型修正技术的公路简支板梁桥荷载横向分布系数简化分析方法。该方法建立了一种可以考虑板间接缝剪切变形的简化分析模型，并推导了相应的静力和动力方程。针对简化模型的结构特点，提出了以待测桥梁动力试验测得的自振频率和桥梁跨中振型构造目标函数，以竖向弹簧刚度k、扭转弹簧刚度Ψ以及剪切弹簧刚度k_q为待识别参数的模型修正方法。通过提出的模型修正方法，得到实际状态下桥梁的主要参数，以简化模型的荷载横向分布系数影响线为基础，可计算各板梁的横向分布系数；验证了不考虑板梁间接缝剪切变形时，基于简化模型的横向分布系数分析结果与铰接板梁法相同，从而证明了所提简化模型和分析方法的可靠性。最后以一座桥梁为对象，进行了动力测试，识别了简化模型的物理参数。模型修正之后的模态频率和实测值吻合良好，同时振型之间的MAC（模态保证准则）系数也接近于1，从而表明利用所提的模型修正方法可以有效识别简化模型的物理参数，使理论模型和实际桥梁吻合。     

具有弹性体支座的多跨斜桥动力分析评价

通过实测和理论分析,研究了一座三跨斜桥的动力响应。该桥采用钢主梁,钢筋混凝土桥面结构和弹性体支座。该项研究通过在现场大规模布设由无线传感器网络支持的加速度计获取了振型参数。通过输出系统识别技术,提取了结构前20阶自振频率、阻尼比和振型。借助于三维有限元法,完成了结构线性动力响应分析,并将基于美国桥梁设计规范规定的多振型谱分析最低要求得到的计算结果和现场实测结果进行了比较。分别根据美国和澳大利亚桥梁设计规范计算了理想约束下的支座在压、剪、弯状态下的线弹性刚度。研究结果表明:按照每种设计规范计算支座刚度,对钢筋混凝土弹性体支座支承的桥梁进行线性动力分析,所得到的多阵型位移值相关性强且偏于安全。     

船舶侧向撞击桥梁基础的动力放大系数探讨

船舶撞击桥墩是一个复杂过程,确定桥墩基础承受撞击力的能力也需经过复杂计算,工作量非常大。通过对多座典型桥梁基础在冲击作用下的动力响应与静力响应之间的比较,得到桥墩基础动力放大系数的一般规律。在较短时间进行动力计算的情况下,桥梁设计人员应用该规律可较准确地估计桥墩承受船舶撞击的能力。     

受冲刷桥梁墩台基础地基承载力试验与墩台稳定性研究

结合依托工程进行墩台基础地基的承载力试验,研究冲刷对桥梁墩台基础稳定性的影响。冲刷是引起桥梁水毁的一个重要因素,前人研究大多致力于对局部冲刷深度和一般冲刷深度的计算分析。因其因素复杂,研究大多采用了半理论半经验的方法。围绕着湘黔铁路线上的资水大桥受冲刷后的稳定性展开研究,进行受冲刷墩台基础的地基承载力试验,从基底被冲刷淘空后引起的墩台地基不均匀沉降人手,应用弹性半空间地基模型和Matlab编制的计算程序分析计算了基底不同冲刷淘空面积对桥墩墩顶弹性水平位移和基底压应力的影响,从而得到了在不同冲刷程度下桥梁的整体稳定情况。根据计算结果,用最小二乘曲线拟合法找出了影响曲线表达式并绘出了图形。计算结果显示,在发生小面积冲刷时,墩顶弹性水平位移率先达到允许值。此外还将该方法分析计算得到的数据于有限元方法分析得到的数据进行了比较,2种分析方法所得的结论相互验证。结果表明该分析方法是一种解决此类问题的有效方法,检算项目的影响曲线可以作为其它类似问题的参考依据。     

钱江四桥桥墩局部冲刷试验研究

桥墩局部最大冲深和冲刷部位是桥墩墩台设计和施工的重要参数，为此应用系列模型延伸法进行不同比尺的桥墩冲刷深度试验，然后利用试验数据进行回归分析，得到桥墩冲深计算式，经检验与实测基本相符，为桥墩设计和施工提供了科学依据。     

一种基于灵敏度矩阵进行桥梁损伤识别的方法

重点研究了一种基于灵敏度矩阵对桥梁进行损伤识别的方法。基于振动分析的矩阵摄动理论,首先讨论了求取模态参数对结构物理参数灵敏度矩阵的方法,形成灵敏度矩阵的过程中避免了偏微分计算;基于灵敏度矩阵,建立了桥梁的损伤识别模型,并给出了此模型具体的求解方法;然后利用Guyan缩减的方法来缩减结构的模态自由度,保证了在进行损伤识别的过程中利用较少的模态参数,进而提高了方法的实用性;最后把所述方法应用于三跨预应力混凝土连续箱梁桥的实际损伤诊断工程。结果表明,利用所述方法进行预应力混凝土连续梁桥的损伤识别是有效的。     

基于规范的蝶形拱桥试验冲击系数评估

冲击系数是衡量桥梁动力效应的重要指标。目前,各国桥梁设计规范均采用简化公式计算冲击系数,然而这通常难以准确描述复杂桥梁结构的动力效应。为了研究某蝶形拱桥的动力冲击系数,通过动力试验得到了桥梁的模态参数和关键截面的冲击系数,并结合国内外典型规范评估了试验结果。首先,介绍了桥梁的工程概况及动力试验工况。其次,利用环境振动试验得到的结构加速度响应,结合频域算法识别了桥梁的前6阶模态参数。利用行车和跳车试验数据,获得了主拱、主梁关键截面的应变冲击系数。最后,总结了国内外桥梁设计规范关于冲击系数的规定,根据冲击系数的计算依据将规范分为4类:基于跨径、基于频率、基于桥梁种类、基于车轴数量等其他方式的冲击系数计算方法。结合国内外规范评估了试验结果。结果表明:桥梁实测基频为0.586 Hz,振型特征为主拱及主桥一阶横向振动;前6阶频率和振型的实测值与计算值吻合良好;行车工况下,主拱和主梁跨中截面应变冲击系数介于1.12～1.23之间;跳车工况下,应变冲击系数介于1.21～1.74之间;不同规范对该桥冲击系数评估结果不同,并与试验值有一定差异;基于频率和跨径计算的冲击系数与试验值相对较为接近;复杂桥梁结构的冲击系数确定仍依赖于试验方法。     

时变温度下某拱桥的状态诊断

在时变温度下,利用结构模态参数对桥梁结构状态诊断进行试验研究。通过对某拱桥模型进行长期动力测试,并对测试加速度信息进行模态参数识别,得到该模型在不同温度下前4阶的频率、阻尼比和振型。利用测试数据对该拱桥模型进行有限元模型修正,将结构的测试动力特性与有限元计算结果进行比较,分析该结构动力特性随温度的变化规律,建立环境温度与结构频率的关系模型,并利用该模型对测试模型的结构性能进行诊断。本文所提出的结构状态诊断方法能有效判别时变温度下该拱桥模型结构是否产生损伤,也为实际桥梁结构状态诊断提供了一种有效思路。     

高墩大跨曲线刚构桥最大悬臂与成桥阶段稳定性分析

以高墩大跨曲线刚构桥为研究对象,基于欧拉稳定理论,利用空间有限元法,考虑可能的不利荷载工况,对最大悬臂状态和成桥运营阶段的结构稳定性进行计算分析。研究表明：最大悬臂状态是施工过程中最不稳定的状态;对该桥结构稳定性起控制作用的是恒载,活载、风荷载、温度等对桥梁稳定影响不大或者比较小;在悬臂浇筑阶段,曲线刚构桥墩顶的横向位移显著增大,在成桥阶段时影响较小,尤其是风荷载的影响;得出高墩大跨曲线刚构桥墩高、曲率半径与稳定特征值之间的关系,为同类桥梁的设计、施工及线性监控提供参考。     

串列双圆柱桥墩局部冲刷精细化模拟

为研究不同墩心距下沿流向串列布置的双圆柱桥墩局部冲刷坑形态的变化规律，提出1种平衡湍流边界层模型以获得稳定的湍流来流边界条件；利用雷诺时均N-S方程和标准k-ε湍流模型求解河床上双圆柱桥墩周围的复杂绕流场；基于能考虑河床面任意斜坡和泥沙坍塌效应的泥沙输运模型和动网格技术模拟双圆柱桥墩局部冲刷的动态演化过程，得到平衡冲刷坑形态，揭示冲刷发展过程的流动特征和冲刷机理。模拟结果与中美规范局部冲刷预测结果比较表明：串列双圆柱桥墩之间存在干扰效应；受下游桥墩施扰，最大冲刷都发生在上游桥墩，冲刷深度比单圆柱桥墩大，当墩心距L与桥墩直径D之比L/D=4时，达到最大值；而下游桥墩受上游桥墩遮挡的影响，最大冲刷深度在L/D=2时达到最小值，随着墩心距的增大，下游冲刷深度增大；当墩心距大于5倍桥墩直径后，下游桥墩可不考虑遮挡效应；获得的串列双圆柱桥墩最大冲刷深度值与美国规范预测值较为接近，而中国规范公式预测值偏小，提出的下游桥墩冲刷深度遮挡因子可为桥梁抗冲刷设计提供参考。     

阿什河哈尔滨城区段桥墩冲刷计算

桥梁墩台冲刷会大大影响桥梁基础的稳定,威胁桥梁自身安全。该文在简要分析国内外桥墩冲刷研究的基础上,对桥梁一般冲刷和局部冲刷的计算方法进行介绍。根据阿什河哈尔滨城区段河道水文、水流、泥沙、地质特征和桥梁参数,选择了包达尔可夫公式对影响河道行洪较大且等级较高的公路桥梁和铁路桥梁进行桥墩冲刷计算。最后,根据计算结果对不同桥梁提出扩孔和桥墩防护措施建议。     

斜拉桥内力状态及损伤识别方法的研究

该文提出了基于反演理论的有模型识别方法作为桥梁内力状态及损伤识别方法,并利用该方法对一座斜拉桥进行了内力状态识别.识别时根据恒载状态下各斜拉索锚点处主梁位移构造目标函数,以各斜拉索索力为约束条件和正则化条件,联合采用多步识别法和概率可靠度法对本桥的状态进行了内力状态识别,所得结果能够满足工程精度要求,说明该方法对于斜拉桥进行内力状态识别是可行的.     

强震作用下LRB规则连续梁桥简化设计方法研究

基于等效线性方法及等效塑性铰理论,根据铅芯橡胶支座(LRB)规则连续梁桥的动力特性以及强震作用下隔震支座和桥墩非线性特征将规则连续梁桥结构简化为单自由度体系,并对于体系的等效刚度及等效阻尼比进行了估计.选取主梁位移及桥墩墩顶位移作为目标位移,利用修正的长周期高阻尼位移反应谱进行了基于位移的桥梁抗震设计.最后给出了设计实例,设计结果与采用SAP2000计算的弹塑性时程分析结果比较满足工程精度要求.适用于具有不同性能水平下的规则型LRB隔震桥梁的初步分析和设计,可以为强震作用下LRB隔震桥梁地震反应分析提供参考.     

船舶撞击后受损桥墩安全评估及修复

以遭受船舶撞击的广州番禺北斗大桥为对象,采用基于力加载的弹性分析方法与基于位移加载的弹塑性分析方法,对受撞桥墩的安全性进行评估。结果表明：基于力加载的弹性分析可对撞击力作用下桥墩受力状态进行初步的分析并得出结构易损截面,但无法准确反映易损截面屈服后的结构状态,难以对损伤桥墩现状进行评估;基于位移加载的弹塑性分析通过于撞击损伤截面设置塑性铰进行Pushover分析及损伤变形桥墩恒载内力重分布分析,识别倾覆力与恢复力,建立现状结构平衡关系,可对损伤桥墩状况进行较为准确的评估。评估后先利用临时墩顶升两侧上部梁体再进行下部墩柱的处治,避免了次生灾害,实现了快速施工修复。     

典型桥墩局部冲刷深度公式在不同水文地质区的适用性

由于现有桥墩局部冲刷深度计算公式的准确性和普适性不足,对代表性公式进行对比是指导不同地区桥墩基础埋深设计的有效措施。广泛收集了国内外公开的桥墩局部冲刷原型观测数据,对中国规范65-1修正式和65-2式、俄罗斯规范公式及美国规范HEC-18式和S/M式在不同水流、泥沙及桥墩参数条件下的适用性进行分析。结果表明:现有公式在清水冲刷和过渡墩条件下的预测性能较差;中俄规范公式在清水冲刷及床沙相对粒径小于25时,以及中国65-2式及俄罗斯公式在水深小于1 m时应用均不安全;美国规范公式应用于砾石及卵石河床、水深1～5 m、相对粒径小于400、相对水深小于1.4 m等工况将不经济和存在较大不确定性。将所有公式用于柴达木盆地典型桥墩的局部冲刷深度计算并与实测值进行了对比分析,将所有公式用于柴达木盆地典型桥墩的局部冲刷深度的计算并与实测值进行对比分析,发现该地区桥墩的局部冲刷深度小于其他相似水沙条件下的桥梁,最合适依据中国65-2式进行桥墩局部冲刷深度的设计。上述结果可为不同水文地质地区桥墩局部冲刷深度的合理预测提供依据。