基于静力位移数据的薄壁箱梁损伤识别方法

为解决薄壁葙梁损伤识别方法中动力指标敏感性低、静力损伤指标试验成本高、计算繁琐的问题,提出了一种简单实用的基于静力位移的损伤识别方法,并对其作出改进。利用结构损伤前后同一工况作用下静力位移的变化值,建立了基于静力位移观测的结构损伤识别方法,并采用广义逆矩阵法求解结构系统损伤因子。由于转动自由度难以量测,通过静力缩聚的方法缩减去除刚度矩阵中的转动刚度,使得静力位移的变化值仅由挠度产生。通过算例表明,文中提出的方法识别效果好,操作简单,结果稳定,有着很好的实际工程应用意义。     

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。     

基于可靠度分析的箱梁桥抗倾覆监测与评估

近年来,箱梁桥倾覆事故频发,引起研究者的广泛关注。研究从桥梁监测的角度出发,分析了基于抗倾覆稳定系数的交通荷载监测技术路线和基于支座转角控制的结构响应监测技术路线,并据此来判断识别桥梁倾覆风险的可能性。针对后者,给出了一种简单可行的结构支座位移监测方案,在此基础上,提出了一种由支座转角控制的桥梁抗倾覆可靠度评估方法,并进一步考虑了橡胶材料老化对支座转动性能的影响,建立了支座容许转角的时变效应数学模型,使其具备进行在线监测环境下的时变可靠度评估能力。最后,将上述方法应用于上海市同济路EN匝道桥进行抗倾覆分析,说明了该方法的可行性和有效性。     

基于BP神经网络的中等跨径桥梁损伤识别探讨

针对中等跨径桥梁中的损伤识别不敏感问题,运用BP神经网络进行中等跨径桥梁结构损伤识别。利用MIDAS/Civil分别建立三跨连续变截面箱梁完好及不同损伤状态下有限元模型,分析桥梁不同状态下的特征值,发现中等跨径桥梁对结构损伤的敏感性依次为振型竖向位移固有频率;将参数化的结构固有频率及振型作为BP神经网络的输入、损伤位置和损伤程度作为输出进行神经网络训练,对各工况下损伤位置和损伤程度进行识别,发现识别效果较差,通过获取中等跨径桥梁的自身特性,利用BP神经网络难以识别结构损伤,需探索合适的损伤识别参数及适用于中等跨径桥梁的方法。     

环境激励下桥梁结构模态识别与损伤检测的新方法

已有的环境激励下模态参数识别的方法对模态频率的识别精度相对较高,而对位移模态的识别则误差较大。本文提出一种利用移动质量块在不同位置时对桥梁的模态频率进行多次测量,用各次测得的频率值确定位移模态的新方法,使得位移模态识别的精度接近频率识别的精度,推导了频率与位移模态关系的理论公式,并给出利用以曲率形式表示的单元模态应变能对结构进行损伤标定的基本方法。最后,通过数值模拟对该方法的有效性进行说明。     

基于响应面法的大跨V形刚构桥参数识别研究

大跨度预应力混凝土V形刚构桥桥梁线形对桥梁受力影响很大,而结构参数的取值对预拱度的预测影响较大,在施工监控过程中需根据施工现场监测数据进行结构参数调整。首次提出基于响应面法的针对大跨混凝土V形刚构桥进行施工监控的方法,该方法包括试验设计、有限元分析、响应面函数拟合和结构参数调整。并以实际工程为例,采用Box2Behnken试验设计方法,选择影响成桥线形的主要结构参数作为自变量,关键截面的挠度值为因变量,利用显式响应面函数拟合结构静力响应值与结构参数之间复杂的隐式关系。然后根据施工过程中的实测挠度数据进行结构参数识别,再进行后期的预拱度预测,实现前期预测和后期调整相结合,工程实例表明该方法能够在施工控制过程中有效地进行参数识别,得到大跨V形混凝土刚构桥的理想线形。     

光纤光栅静力水准仪对桥梁的挠度监测

为了对在役阶段的桥梁进行挠度监测,基于桥梁的结构特点,用光纤光栅静力水准仪对主梁进行挠度监测,用数理统计的方法对主梁挠度进行健康分析。监测结果得出主梁挠度在规范的范围以内,桥梁的健康状况良好。光纤光栅静力水准仪性能稳定,精度高,在挠度监测方面具有广阔的应用前景。     

基于静力模型修正的装配式T梁桥荷载横向分布计算

为了准确计算装配式T梁桥发生损伤情况下的荷载横向分布状况,并准确评估桥梁损伤情况,在铰接板(梁)法的基础上,提出了一种基于模型修正理论的桥梁荷载横向分布计算方法。首先建立了一个同时考虑主梁和铰缝损伤的简化模型。以主梁刚度K_k和铰缝刚度K_q作为待修正参数,定义相应的刚度折减系数η_k和η_q,再以结构静力响应构造目标函数,并通过L-M法和G-N法相结合的方法对目标函数进行优化,得到桥梁损伤状况下的刚度折减系数。根据修正后的刚度参数,计算出考虑主梁和铰缝损伤的荷载横向分布系数。以一座在役15 a的装配式T梁桥为算例验证了所提出方法的准确性。算例以出现破损的3片主梁和2道铰缝的刚度为修正参数,以主梁计算挠度与实测挠度的残差为目标函数,通过不断修正损伤模型刚度参数来反映桥梁构件的实际服役状态。计算结果表明:此方法能够快捷地识别出结构损伤对主梁和铰缝刚度的影响程度;模型修正后的主梁挠度及荷载横向分布计算值均与实测值吻合良好,而在模型未修正前的计算值与实测值差异较大;本研究方法能够较好地适用于装配式铰接T梁桥及板桥损伤后的刚度参数识别和荷载横向分布计算,而初始未考虑损伤的计算模型已经不再适用于该类桥的荷载效应计算。     

基于全息变形和遗传算法的装配式钢混组合梁损伤识别研究

针对一片装配式钢混组合试验梁,依次开展了在无损伤和多种损伤工况下相同试验荷载的加载试验,运用叠差分析与轮廓线提取算法对全息拼接图像进行处理,得到结构全息轮廓线以及结构全息变形数据。将初始全息变形与目标全息变形作为输入,结构全息轮廓线为损伤表征因子,通过改进的遗传算法在ANSYS二次开发接口APDL中对目标全息变形进行刚度矩阵折减系数全局最优解的求解。结果表明:全息变形位移曲线在正常无损变形和有损异常变形特征描述上具有较强的判别性,全息变形与百分表实测挠度值在所有试验工况下全梁L/4、L/2、3L/4处挠度值平均误差最大为6. 9%,改进的遗传算法对试验梁损伤位置及程度识别精度较高,损伤识别结果与试验结果基本吻合。为后续研究该桥型的结构状态识别与结构健康监测奠定了基础,全息变形以及损伤识别算法亦可供其他桥梁参考。     

本期导读

在梁式结构初始模型的统计定义的基础上,结合结构损伤的概率定义,给出了一个具有统计意义的静力损伤识别方法。该方法只需测量梁的静力挠度,且允许初始模型具有一定程度的不确定性……初始模型的不确定性对梁式结构静力损伤识别的影响(万信华等,P1)通过整理多座在役钢管混凝土拱桥索类构件的检测资料与相关文献资料,系统地归纳了索类构件的主要病害类型与检测方法,以期为钢管混凝土拱桥索类构件的日常养护提供参考……钢管混凝土拱桥索类构件的常见病害与检测方法 (高欣等,P10)全孔壁数字成像系统,采用井下摄像机通过锥形反光镜摄取孔壁四周图像,利用计算机和井深控制进行自动图像采集,现场展开、拼接,形成钻孔全孔壁柱状剖面连续图像实时显示,并连续记录全孔壁图像……全孔壁成像技术在旧桥基桩检测中的应用(齐永正,P16)     

基于测点位移差的中、下承式拱桥吊杆损伤识别

根据摄动有限元法原理,提出了基于测点间位移差的变化进行吊杆损伤识别的方法。进行吊杆损伤识别时,先测试吊杆节点间的高程差,并减去损伤前相同2个节点竖向位移差,得到吊杆损伤后2个节点竖向位移差的变化;再通过节点竖向位移差的变化构成吊杆损伤识别方程;当损伤识别初定方程和确定方程识别结果基本一致时,即判定吊杆发生损伤,并取2个方程所得吊杆损伤程度均值作为损伤程度;最后,以京珠高速郑州黄河二桥主桥为例验证了该方法。结果表明：采用该方法进行吊杆损伤识别,识别结果精度较高,即使对于小程度损伤也可识别,且测量误差对识别结果影响较小。     

初始模型的不确定性对梁式结构静力损伤识别的影响

结合初始模型和结构损伤的概率定义,给出了一个具有统计意义的梁式结构静力损伤识别方法.在此基础上,重点研究了初始模型的不确定性对损伤识别的影响.经数值分析,发现当初始模型的不确定程度低于或基本相当于损伤程度时,本文的方法依然具有较好的损伤识别效果.而当初始模型的不确定程度超过结构损伤程度时,已无法识别出结构损伤.因此,为了获得较好的损伤识别结果,必须保证初始模型具有足够的精度.     

基于位移模态四阶导数的梁结构损伤识别

结构损伤识别一直是工程界关注的热点问题,针对混凝土梁结构的动力损伤识别,提出了利用位移模态的4阶导数进行损伤识别的新方法。通过有限元建模和分析,对钢筋混凝土梁进行损伤识别和算例仿真,从而验证这种方法的敏感性和可行性。研究结果和分析算例表明：利用位移模态4阶导数分析,对结构单处损伤、多处损伤以及对不同的损伤程度都能有效识别,而且不需要结构损伤前的模态参数,显示了该指标检测损伤的优越性和有效性。     

装配式PC箱梁刚度退化及识别的足尺试验

为了明确装配式预应力混凝土（PC）梁刚度在损伤状态下的退化规律，针对3片30 m预应力混凝土箱梁开展了足尺模型试验研究。首先，建立了损伤梁的结构静动刚度识别模型，基于跨中挠度提出了结构等代静刚度计算式，基于自振频率提出了结构等代动刚度的计算式；其次，对足尺箱梁进行了多工况的静力逐级加载和动力交替试验，分析了箱梁裂缝、挠度、频率等特征参数随荷载的演化规律，研究了损伤状态对箱梁特征参数的影响；再次，通过有限元模型修正给出了箱梁动刚度衰减系数，研究了结构静动刚度随损伤状态的衰减规律，分析了静动刚度差异的原因；最后，建立了结构静动刚度衰减系数和裂缝特征参数之间的经验回归式，并与现有研究成果进行了对比。结果表明：初始损伤状况对箱梁受荷后的裂缝统计分布特征参数有一定影响；箱梁开裂后在相同荷载下的结构等代静、动刚度衰减程度并不相同，其中最终的静刚度衰减系数为0.30，最终的动刚度衰减系数为0.80；足尺梁与室内缩尺模型梁的静刚度衰减系数并不相同。所提出的静、动刚度衰减公式较为简洁，可用于实际损伤箱梁的结构性能评估。     

考虑粗糙度影响的桥梁损伤识别间接测量方法

基于间接测量技术，采用国际标准化组织建议的功率谱密度函数（PSD）模拟路面粗糙度等实际因素在车桥耦合模型中的影响，提出一种通过检测车辆在桥梁上运行，并利用安装在检测车辆上的传感器所得的动力响应信号来识别梁弯曲刚度，进而进行结构损伤识别的间接测量新方法。考虑到应用该新方法过程中路面粗糙度等实际因素易产生不利影响，提出利用车频及车辆阻尼比相同的2辆检测车位移信号相减的方法来消除路面粗糙度产生的影响。首先通过理论推导对该方法进行理论验证，接着采用数值模拟的方法分别对采用该方法消除路面粗糙度影响的可行性、桥梁损伤位置识别的可行性以及损伤程度识别的可行性进行验证，最后采用该方法进行实桥实测试验。研究结果表明：所提方法可以有效消除路面粗糙度等实际因素对间接测量技术的不利影响，可以有效地识别梁弯曲刚度，进而达到桥梁损伤识别的目的，有助于推动基于动力测试的间接测量技术在桥梁结构损伤识别工作中的实际应用。     

大跨度预应力混凝土斜拉桥基于定期检测的损伤识别方法

为了在定期检测信息的基础上实现大跨度预应力混凝土斜拉桥的健康状态评估,提出采用无线多点自动综合测试系统监测结构应力,利用环境随机振动法测试全桥索力,并结合桥梁几何测试信息,获得桥梁状态的综合检测方法。针对招宝山大桥,建立最优化遗传静力反分析模型,采用基于遗传算法的大型复杂结构损伤识别程序对模拟的损伤工况进行分析,有效识别出了斜拉桥主梁的损伤位置。并且由于遗传优化算法对参数的类型和数量没有限制,对斜拉桥进行包含不同损伤类型的参数化建模,可以进行结构多类型损伤的识别,因此,可推广至其他复杂桥梁的损伤识别,为同类工程所借鉴。     

基于非接触远程智能感知的桥梁形态监测试验

为进一步提高利用非接触式影像监测大型桥梁安全状态的精度与效率，实现结构健康监测系统兼有经济、可信且全息的技术理论优势，提出依据结构全息影像序列数据的非接触式机器视觉远程智能感知进行桥梁结构全息几何形态监测的方法。通过单机自动巡转桥梁立面动静影像全息监测系统试验装置获取试验桥在各损伤/作用工况下的原始动静影像数据，根据序列数据在时间、空间上具有强关联信息的特性，分别构建降噪及抗扰动单元、欧拉运动放大单元及运动信息提取单元进行全息几何形态测量，以历次试验监测数据为样本数据集，利用分层思想依次建立数据抽样和结构几何信息间映射的数学网络模型，经结构设计不断训练、调试与优化桥梁力学行为智能感知网络，最后获取试验桥在试验过程中的全息变形、全息变形包络谱、全息位移时程曲线。研究结果表明：该方法获得的数据与传统的常规接触式传感器实测值基本吻合，试验桥在各工况下的曲线变化趋势基本一致，全息变形测量值平均误差12.21%，全息变形包络谱测量值平均误差9.06%，全息位移时程曲线测量值平均误差8.55%，对环境规律噪声信号筛除效率为81.9%，基于非接触远程智能感知的桥梁形态监测真实、连续、敏感、较为准确地反映了结构在各损伤/作用工况下的真实形态变化，可为后续进一步研究结构状态演绎以及损伤智能化识别方法奠定基础。     

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。     

北方地区某三孔乱石拱桥坍塌原因分析

众所周知,多数圬工拱桥结构的破坏都是由于其下部基础的沉降、变位等原因引发的。但具体的基础变形量计算方法及其对上部结构的影响程度并没有被人们详细研究,这里对发生垮塌事故的北方地区某三跨乱石拱桥进行分析。根据现场勘测数据进行桥位处水文、冲刷计算,确定1#桥墩基础的沉降量及变形量,并借助MIDAS/CIVIL有限元计算软件模拟这种基础变位对上部主拱圈结构的影响程度,得出了导致该桥坍塌的根本原因。可为类似桥梁工程的养护管理及事故鉴定等提供思路和参考。