基于动应变测量在桥梁动挠度识别应用研究

针对传统桥梁挠度监测过程中精度不足,应用范围局限于小跨度桥梁结构,提出了一种基于应变模态的动应变识别方式。通过动应变互相关函数求得振动梁结构的应变模态振型,利用应变—位移转化关系获得结构的位移模态振型,进而获得应变模型的位移模态坐标。将位移坐标与位移模态振型进行关系叠加获取整个梁结构的动应变实时曲线。以天津外环津静收费站高速路段简支梁段为对象,对动应变识别方法进行了验证,结果表明:在脉冲激励作用下,动挠度识别法能够有效控制不同位置节点动挠度误差持在7%的误差范围内,在移动荷载下的梁结构动挠度识别最大误差在2%以内,满足工程实际需求。     

基于均匀荷载面曲率差与模糊隶属度的简支梁损伤识别方法研究

桥梁结构在运营过程中受到外界环境、车辆荷载与自然灾害的影响,不可避免地出现材料性能退化与结构损伤,及时、有效地识别桥梁结构既有损伤,对保障桥梁运营安全具有重要意义。针对现有损伤识别方法准确性低、计算繁琐等不足,以简支梁为研究对象,提出了简支梁两阶段损伤识别方法。首先,采用模态分析提取简支梁前三阶竖向振动模态频率与振型,构建均匀荷载面曲率差进行损伤定位;其次,以典型损伤状态下的均匀荷载面曲率差作为损伤等级中心,计算测试工况均匀荷载面曲率差到损伤等级中心的隶属度,利用模糊隶属度判定测试工况的损伤等级。简支梁数值模型损伤识别结果表明,提出的两阶段损伤识别方法能够有效识别简支梁损伤,具有较高的准确性。     

基于稳定图解析的桥梁模态参数全自动识别

桥梁模态参数识别是桥梁智能监测的重要内容,传统桥梁模态参数识别方法需要人工干预,不适合连续监测,且在传感器较少时可能失效。为解决该问题,提出改进的稳定图解析方法,实现桥梁模态参数全自动识别。首先,提出模态相似指标(Modal Similarity Criterion, MSC)度量模态相似性,解决传统模态置信度指标在传感器较少时可能失效的问题;然后,提出新的稳定图自动清洗方法,剔除稳定图中的大量虚假模态,同时提出改进的层次聚类算法自动解析清洗的稳定图,实现模态参数自动识别;最后,将提出的方法应用于一座斜拉桥和一座具有密集模态的连续梁桥Benchmark,并在极端传感器布置工况下验证所提方法辨别密集模态的可行性。结果表明：即使在发生振型空间混叠时,提出的MSC指标仍能有效辨别不同模态;提出的稳定图自动清洗和自动解析方法不需要任何人工设定的阈值,能够自动剔除虚假模态并得到准确的模态识别结果,同时能够准确识别发生振型空间混叠的密集模态。提出的自动识别方法不受结构刚度和加速度传感器布置位置和数量的限制,能够统一地应用于具有不同刚度和不同传感器布置工况的跨海桥梁集群监测。     

基于车致桥梁响应和L1正则化的损伤识别研究

桥梁损伤识别是典型的反问题,通常需采用正则化手段求解。基于L₁正则化的损伤识别方法能很好地利用损伤所具有的稀疏性,在桥梁监测领域得到了广泛的应用。此类方法通常利用频率和振型的变化作为判断损伤的依据,然而实际测试中可获得的频率阶数有限、振型测试精度低,严重影响其效果。采用移动荷载激励下的桥梁动力响应,提出一种基于有限元模型修正技术和L₁正则化的损伤识别方法。首先,采用数值算例系统比较局部损伤导致的桥梁频率变化与车致桥梁动力位移-时间曲线面积变化情况,结果表明相比于频率变化,车致桥梁动力位移-时间曲线面积的变化更适合用于损伤识别。其次,提出基于有限元模型修正技术和L₁正则化的桥梁损伤识别方法。将桥梁有限元模型中的单元刚度折减因子作为待修正参数,以模型计算和实测车致桥梁动力位移-时间曲线面积的差值最小为目标函数,并引入L₁正则化优化求解,识别桥梁损伤。然后,采用包含单损伤和双损伤工况的简支梁和连续梁数值算例,验证所提方法的有效性,并分析测试噪音、移动荷载速度不均匀和桥梁刚度分布不均匀对识别结果的影响。最后,制作移动车辆和简支梁桥的试验模型,进行移动荷载试验。研究结果表明：提出的损伤识别方法能够较准确地识别桥梁单损伤的位置和程度,但随着损伤数目的增多,其有效性有所下降。     

采用EFDD法对系杆拱桥模态试验的分析

EFDD模态参数识别方法是一种增强型频域分解方法,通过移动测点试验方法和EFDD方法分析识别白蒲大桥的模态频率和模态振型,并将实测所得的结果与Midas有限元动力分析所得的理论结果进行对比,从而对桥梁的动态性能做出科学评价。     

基于小波分析和移动荷载动力响应的连续梁损伤识别研究

为了识别连续梁结构的损伤,以每跨25m的两跨等截面连续梁为背景,利用有限元分析,得到完好和有损伤梁在移动荷载作用下某点的位移响应,进而对其位移响应及残差进行连续小波变换,通过小波系数的变化来识别损伤。研究结果表明:可以根据小波系数灰度图进行损伤位置的识别,损伤识别效果受移动荷载速度和不同测点的影响较小。利用小波系数对数指标可以估计损伤程度,而且在存在噪声时,依然可以对损伤位置进行识别。     

基于DAE和SVR的铁路桥梁损伤定位与识别技术

提出一种基于去噪自编码器和支持向量回归的铁路桥梁结构损伤识别方法,首先通过采集多点加速度信号合成二维加速度灰度图,该图包含了加速度响应的空间-时间信息,能够全面反映桥梁健康状况;然后通过采用DAE分析加速度灰度图,提取图像的深层特征,最后接入SVR实现损伤识别和损伤程度诊断。试验结果表明,所提出的损伤识别方法在定位和程度识别精度方面均优于现有技术,可应用于实际铁路桥梁的损伤识别中。     

基于模态分析理论和神经网络的斜拉桥拉索损伤识别研究

将振动模态分析和神经网络技术结合起来,以振动模态构造的损伤标识量作为神经网络识别输入的特征参数,进行结构健康监测。根据云阳长江公路大桥设计资料,考虑桥梁拉索结构的单构件损伤、2个构件损伤、3个构件损伤3类损伤工况,分别采用了模态频率、位移振型模态、曲率模态3种指标作为神经网络的输入参数,共建立9个BP神经网络模型进行了桥梁损伤识别的研究。研究结果表明基于振动模态分析理论和BP神经网络的桥梁损伤识别方法可用于识别斜拉桥拉索结构的损伤位置和损伤程度。     

离散空间小波分析的环境荷载下桥梁的损伤识别

利用离散空间小波多分辨分析,分别探讨了匀速简谐汽车作用荷载和随机白噪声作用荷载(模拟汽车与风荷载的耦合)两种环境荷载作用下桥梁已有损伤位置的识别方法。建构了桥梁结构损伤定位的离散空间小波变换的理论模型,同时讨论了不同小波函数的选取及分解层次的确定方法。该方法仅需测量损伤后桥梁的位移或应变响应,不需损伤前后的结构特性,不影响交通。对原始输入的位移信号进行逐步差分前处理使得识别结果更准确。模拟试验表明,离散空间小波多分辨分析是识别环境荷载作用下桥梁损伤位置的准确可靠方法。     

斜拉桥环境激励模态参数识别不确定性试验研究

为分析环境激励法模态参数识别的不确定性,对一模型斜拉桥进行了分区模态试验,测试了主梁竖向和扭转、主塔面内和面外模态。首先,分析了非白噪声激励对模态参数识别的影响,提出采用结构有限元模型仿真分析结合稳定图剔除虚假模态的方法。其次,采用特征系统实现算法(ERA)结合提出的虚假模态剔除方法,识别出全桥15阶模态。再次,采用峰值法(PP)、正交多项式法(RP)、最小二乘复指数法(LSCE)、随机子空间法(SSI)分别进行模态参数识别,对比了各方法模态参数识别结果,统计了其不确定性,频率的识别结果变异性小,阻尼和振型有较大的变异性。最后,采用MONTE CARLO法对实测频响函数添加噪声后进行模态参数识别,结果表明,测点位于振型振幅较大位置时,模态参数识别结果的不确定性小,模态参数识别方法的不确定性比噪声的不确定性大。     

基于移动TMD加速度响应的桥梁损伤检测新方法研究

将TMD安装在一个可移动的装置上,利用TMD上的无线传感器记录其通过桥梁时的加速度时程曲线。通过对TMD加速度响应的分析对桥梁的损伤位置和损伤程度进行识别。对简支梁桥和移动TMD耦合系统建立有限元模型,对该识别方法进行数值模拟和参数分析,验证该方法识别桥梁单处损伤和多处损伤的可行性,结果与预期目标吻合。对不同路面粗糙度,TMD不同移动速度,移动TMD与桥梁的质量比和刚度指标比进行参数分析,为采用该方法对桥梁进行快速损伤检测的参数选取提供理论依据。     

利用光纤应变传感器通过振动监测对蒂尔夫桥进行损伤识别

介绍利用光纤应变传感器及加速度仪,对有着50多年桥龄的比利时蒂尔夫桥进行的环境振动测试。根据环境振动测试的结果,用随机子空间识别法确定桥梁的固有频率、阻尼比、模态位移和模态曲率;通过有限元模型修改,将所得到的模态参数用于桥梁损伤识别,并将识别结果与实际目测情况进行比较。     

径向基网络在简支梁损伤识别中的应用

对简支梁进行了损伤分析,研究了不同损伤工况下的频率变化率和模态振型曲率变化,并采用径向基神经网络对结构进行了损伤识别研究,研究中采用了三种方案:仅利用频率变化率;仅用第1阶模态曲率变化;综合使用前3阶频率变化率和模态曲率变化.结果表明,基于动力参数和径向基神经网络的结构损伤识别方法能够准确地识别结构的损伤程度,神经网络...     

基于曲率模态振型进行梁式桥损伤识别研究

以刚架桥为具体研究对象,根据曲率模态振型,对刚架桥的损伤识别进行数值仿真研究。利用刚架桥损伤前后的曲率模态振型变化对刚架桥的损伤进行定位识别,探讨曲率模态振型用于刚架桥在不同损伤情况,以及不同损伤程度下的损伤识别诊断能力。数值仿真结果表明,曲率模态振型是梁式桥结构损伤识别的敏感标示量,可以对刚架桥的损伤进行识别。     

基于固有频率和模态振型差值曲率的结构损伤识别研究

摘要本文采用单元划分的原则,建立了悬臂梁结构的ANSYS有限元模型。对此悬臂梁有限元模型损伤前后的基本模态参数——固有频率进行对比分析,并利用对结构损伤识别更敏感、有效的模态参数——模态振型差值曲率进行结构损伤单元的识别研究。研究表明：结构损伤后固有频率明显降低,且随着损伤程度的增大固有频率衰减加剧,固有频率的衰减在一定程度上反映了结构的损伤性状;模态振型差值曲率对于结构的损伤位置和损伤程度具有优异的鉴别性,它的研究对于工程实践和科学研究都具有深远意义。     

基于频域分解法正交模态分离的阻尼比识别研究

频域分解法是一种频域模态参数识别方法，因其操作简单、抗噪声能力强而被广泛使用。虽然频域分解法对于振型和固有频率有着较高的识别精度，但是对于阻尼比的识别精度不够高，其原因是在多自由度结构下，求解阻尼比需要将固有频率窄带范围内的最大奇异值数据傅里叶逆变换到时域，并通过对数衰减法求解阻尼比，而窄带范围的数据很可能会受到其他阶模态的干扰，进而影响阻尼比的识别。因此提出了正交模态分离频域分解法识别结构的阻尼比。首先，通过结构响应计算出结构的输出功率谱矩阵，并使用频域分解法识别结构各阶固有频率和振型；然后，将识别出的固有频率和振型代入计算公式，使用振型正交等方法将各阶模态分离，并计算出各阶模态的增强输出功率谱函数，通过增强功率谱在频域计算出结构各阶的阻尼比；最后，在数值算例中对比了频域分解法以及正交模态分离频域分解法的阻尼比识别结果，并将理论应用于实桥的测试中，计算出该桥梁的前4阶阻尼比。结果表明：该方法可以将多阶输出功率谱矩阵分离成多个单阶的增强输出功率谱函数，并且通过分析增强输出功率谱函数的曲线直接在频域计算出结构的阻尼比，避免了在阻尼比识别中不同模态的相互干扰以及频时域转化带来的影响，提高了...     

基于结构模态损伤识别问题的研究

损伤识别是结构健康监测的关键技术,基于频率和振型等结构模态信息是结构在线损伤识别的主要手段。通过数值计算,分析研究了基于频率和振型的损伤识别过程中的若干问题,指出基于频率和振型的损伤识别在理论上的可行性,但在考虑误差的情况下,仅基于频率的损伤识别是不可靠的,基于振型的损伤识别也受到了很大限制,这与许多学者的结论是一致的,同时也从另一个角度说明基于结构模态信息的损伤识别亟待有效的传感器优化布置办法,从经验上对传感器布置进行初步优化,并用算例检验其可行性。     

基于结构模态的损伤识别研究

损伤识别是结构健康监测的关键技术,基于频率和振型等结构模态信息是结构在线损伤识别的主要手段。通过数值计算,分析研究了基于频率和振型的损伤识别过程中的若干问题,指出基于频率和振型的损伤识别在理论上的可行性,但在考虑误差的情况下,基于频率的损伤识别是不可靠的,基于振型的损伤识别也受到了很大限制。这与许多学者的结论是一致的,同时也从另一个角度说明基于结构模态信息的损伤识别亟待有效的传感器优化布置办法。文章从经验上对传感器布置进行初步优化,并用算例检验其可行性。     

基于视频亚像素模板匹配算法的索力试验

针对索结构的索力测试，基于室内试验对比了计算机视觉方法和传统加速度传感器方法，探讨了计算机视觉方法的适用性。研究采用伺服静载锚固试验机张拉单根斜拉索钢绞线，简化模拟索张拉受力状态，通过相机摄影的非接触测量方法测量拉索动态响应，结合亚像素模板匹配算法识别拉索动态变形、基频和索力，并与传统的加速度传感器测试结果进行对比。研究结果表明，计算机视觉方法识别的拉索振动频谱峰值明显，基频识别结果与加速度传感器测试结果基本一致，索力识别结果与实测值相比最大误差不超过6%，具备开展实际结构索力测试的能力。     

基于有限元模型的吊索损伤识别与定位的研究

悬索桥的吊索在运营期间的安全是桥梁结构安全的最重要条件之一。为了深入的对悬索桥吊索损伤识别与定位进行研究,应用有限元软件Midas建立了某悬索桥的的整桥有限元模型。探讨了单根吊索不同损伤的情况下结构多阶模态的变化情况,同时也对多根吊索损伤时结构多阶模态的变化情况进行了研究。研究结果表明吊索的损伤导致结构模态的变化,通过基于运算数据建立了模态振型变化率指标曲线可以看出曲线的突变值大小与吊索的损伤程度有关,随着吊索损伤程度的加深,敏感性指标增大。通过敏感性指标值的大小,结合有限元分析,可以实现对吊索损伤程度的识别。采用这种方法能准确、可靠、有效地对吊索进行损伤识别与定位。