基于影响线二阶导数的结构损伤识别方法研究

提出建立基于位移影响线的简支梁结构损伤识别方法。该方法应用力学公式对损伤前后钢筋混凝土简支梁模型进行数值分析计算,得到位移影响线及其1、2阶导数,据此对损伤前后简支梁进行损伤位置及损伤程度的判别,模拟计算证明采用该方法进行结构损伤识别具有有效性。另外,应用位移影响线对一座简支T梁刚度变化状况进行识别,进一步证明采用位移影响线对结构刚度变化进行识别的可行性。     

基于位移连续的静力损伤识别

为减小采用挠度法对桥梁结构进行静力损伤识别时识别结果出现误判的可能性,从位移连续条件出发对桥梁结构建立损伤识别模型,通过使理论计算挠度值逼近实测值,同时使节点相对转角最小,提出位移连续静力损伤识别法,然后利用多目标最优化方法求解。以简支梁为例对该方法的准确性进行验证,结果表明:该方法综合考虑了挠度与相对转角2个位移连续性条件,与实际情况更接近,在一定程度上降低了损伤误判的可能性。     

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。     

基于柔度矩阵的跨海大桥非通航孔桥船撞损伤识别

针对跨海大桥非通航孔桥发生船撞事故后对事故处理的即时性要求,提出采用基于柔度矩阵的损伤识别方法对受撞梁体的损伤位置和损伤程度进行识别。以浙江金塘大桥非通航孔桥为工程背景,采用1∶20的缩尺模型进行船桥碰撞模拟试验,并对受损的桥梁结构进行静力加载试验,获得损伤前、后的结构测试数据。采用基于柔度矩阵的损伤识别方法对静力测试数据进行处理分析,得到桥梁不同位置的结构损伤率,从而识别出梁中(3)号单元处发生了损伤。得到的损伤位置与试验撞击位置相符,损伤程度与构件破损测算接近。由此表明采用基于柔度矩阵的损伤识别方法对跨海大桥非通航孔桥进行船撞损伤识别快捷可行且具有较好的识别精度。     

融合加速度与计算机视觉实测车致响应的梁桥损伤识别方法

基于结构振型相关参数的损伤识别方法对振型的空间分辨率具有较高要求。为了改进计算机视觉技术在桥梁结构全场振型提取和损伤识别方面的不足,同时充分利用SHM系统各类传感器采集的丰富数据,提出了一种基于计算机视觉和有限数量加速度传感器实测桥梁在移动荷载作用下响应的损伤识别方法。首先,通过理论推导研究了损伤前后任意边界条件单跨梁在移动集中力作用下的位移响应,并从理论角度分析了局部刚度损伤引发的结构位移响应和振型改变。在此基础上,提出了一种通过测量少量测点的计算机视觉位移和加速度响应,提取可表征结构真实状态的多阶高空间分辨率振型的方法,所得振型的空间分辨率取决于移动荷载速度和位移采样频率。根据所提取振型的特点,提出了一种多阶全场模态曲率面积差加权融合的结构损伤识别参数,该参数可以直接利用损伤前后该单元前后节点的模态转角求得。为了验证所提出的方法,开展了实验室简支梁模型在不同速度和大小的移动荷载作用下的多工况损伤识别试验。试验结果表明,所提出的方法可以通过计算机视觉和有限数量的加速度传感器实现模型梁全场振型提取,且该振型与测点加速度模态分析得出的结果相符,空间分辨率可达模型梁跨径的1/6 000～1...     

考虑结构损伤的中小跨桥梁有限元模型修正方法的研究

针对既有结构损伤的中小跨桥梁有限元模型模拟分析，首先分析了传统的动力响应和静力响应的损伤识别方法，指出了其存在的部分缺陷；其次通过梁格法建模分析了空心板桥梁的既有铰缝损伤，提出了中小跨空心板桥铰缝损伤的优化指标；最后，提出了挠度影响线残差法，通过铰缝处影响线斜率的变化来实现损伤定位。这种方法不仅能够有效地识别空心板桥梁的损伤位置，还能定位铰缝损伤的条数。     

一种新方法在变刚度柱静力屈曲稳定分析中的应用

基于Euler-Bernoulli梁理论,建立了轴向变刚度柱的静力屈曲稳定微分控制方程。提出直接将位移以Taylor级数展开的方法,将控制方程离散成线性代数方程组,并结合边界条件,得到了静力屈曲稳定的特征方程,进而对各边界条件下变刚度柱的静力稳定进行了数值研究。研究表明,本文方法具有简单、精度高及快速收敛的优点;刚度的沿轴向变化形式及边界条件的不同,柱的临界承载力也随之不同。     

公路桥梁基于模型修正理论的损伤检测

以结构安全状态的理论模型为基础，将结构损伤用系统刚度矩阵参数的变化来描述。从结构模态力余量出发，首先寻找结构的受损伤影响的自由度，然后在误差矩阵范数极小论方法的基础上，提出运用修正矩阵的反复迭代优化，识别结构的损伤的程度。通过对一悬臂梁的模拟损伤识别，考察运用理论模型修正技术进行桥梁结构损伤检测的可行性。     

混凝土曲线梁桥损伤识别干扰性分析研究

目前桥梁损伤识别主要采用曲率模态分析、振型曲率变化指标、结构固有频率变化、能量变化等方法理论,其中曲率模态分析法应用广泛,识别效果好。但是对桥梁结构同时存在多处不同程度损伤的识别效果并不理想;非结构损伤因素导致结构刚度变化对其识别结果的干扰性亦值得探讨。本文在基于曲率模态绝对差值理论的基础上,分析多处损伤识别的相互干扰性和非结构损伤因素导致结构刚度变化的干扰性,对该方法进一步优化完善。以云南大保高速某特大桥为依托工程,建立空间有限元模型,对该桥的损伤进行模拟分析。研究表明按模态振型幅值大小来优化损伤识别区段可以有效排除其干扰性,提高识别结果的准确性和可靠性。     

基于柔度差平均曲率的悬臂挡墙损伤识别

针对悬臂挡墙的损伤识别问题,提出了基于柔度差平均曲率的挡墙损伤识别方法.该方法引入微分几何理论中曲面上一点的平均曲率概念,通过该点上2个主曲率求其平均曲率.首先利用挡墙损伤前、后模态柔度矩阵求取柔度矩阵差,并以其列元素的平均值作为模态柔度差向量;然后利用中心差分法求得模态柔度差平均曲率作为检测挡墙损伤的新指标(FDMC).通过对悬臂挡墙的数值模拟研究,结果表明:无论对单处损伤还是多处损伤,该指标都能准确地识别挡墙的损伤位置;根据损伤程度和指标FDMC的相互关系进一步确定单元的损伤程度,且具有较高的识别精度.通过与已有的高斯曲率模态差指标进行比较,验证了该指标的有效性和优越性.     

桥梁结构静力分析主从自由度处理

应用主从自由度概念处理带铰单元和带刚臂单元,引入等值约束并应用结点约束信息表来处理带铰单元,引入位移变换矩阵来处理带刚臂单元,推导了带刚臂单元结点位移、结点力及单元刚度矩阵的矩阵变换公式,以及局部坐标系下单元结点力与整体坐标系下单元结点位移之间的关系式,从而解决了桥梁结构静力分析过程中主从自由度的处理问题。并将带铰单元和带刚臂单元处理问题合二为一,使得数据输入简单,程序实现简洁明了。     

基于多源数据加权马氏距离的结构损伤识别研究

利用结构多源数据进行桥梁损伤识别可获得更多的损伤信息和更高的识别精度。文中提出一种基于多源数据加权马氏距离的结构损伤识别方法,先对不同类型测量数据进行施密特正交,构造参考样本和待测样本;再利用不同类型数据损伤前后相对能量变化率构造权值矩阵,通过加权马氏距离对结构损伤进行识别。结果表明,损伤前后相对能量变化率可反映马氏距离对损伤的敏感程度,加权马氏距离对结构损伤具有更高的敏感度,利用经验模态分解的本征模态函数作为样本计算的加权马氏距离对损伤的识别效果更好。     

可提离式群桩基础桥梁滞回性能模型试验

为了研究可提离式群桩基础桥梁的抗震性能,设计和制作了大比例尺的可提离式群桩基础和普通群桩基础单墩桥梁试验模型。试验模型采用细砂土箱模拟桩周土体的约束作用,并对可提离节点进行改进设计,以防止局部破坏。采用位移控制分级往复加载,进行拟静力试验研究,对比2种不同基础桥梁的基本抗震性能。试验结果表明:可提离式桩的桩身损伤要远小于普通桩,改进后的可提离桩的节点未见明显损伤;可提离式群桩基础单墩桥梁模型的滞回曲线呈明显的旗帜形,表明结构主要为非线性弹性变形,而普通桩基础桥梁模型的滞回曲线为典型的梭形,表明结构主要为塑性变形;可提离式群桩基础发生提离后,承台位移由平动为主转为以转动为主,表明提离式基础主要依赖承台以上结构的整体转动来适应水平地震作用,进而减小基础的受力和损伤;可提离式桩基础桥梁的残余位移仅为相应普通桩工况的10%,表明其具有较好的自复位性能;基于割线刚度的刚度退化指标不适宜评估自恢复结构的刚度退化,建议采用重新加载至正常使用极限状态下的最不利荷载组合时的刚度指标。     

桥梁结构损伤识别研究现状与展望

随着经济的快速发展,结构损伤识别作为桥梁健康监测的核心也得到了迅猛地发展。为了全面总结现有桥梁结构损伤的识别方法,从基于结构响应类型的损伤识别方法、基于分析过程的损伤识别方法和结构智能损伤识别方法三个层面进行了详尽的剖析与总结,理清了各种结构损伤识别方法的脉络关系和技术演变过程。通过系统化分析,汇总了上述三大类损伤识别方法的主流算法,分析了各算法的优势与不足,最终对桥梁结构损伤研究领域未来的研究方向与走势进行了展望。     

基于响应灵敏度的桥梁下部结构损伤识别方法研究

为实现桥梁下部结构横、竖向状态的同步识别,以多跨简支梁桥下部结构为研究对象,提出了基于响应灵敏度的桥梁下部结构损伤识别方法。首先,基于车桥耦合动力分析理论推导了桥梁下部结构响应灵敏度方程;其次,基于响应灵敏度模型修正算法和数值算例对所提方法的有效性和抗噪性进行了验证。结果表明：(1)当梁体、墩身、基底约束同时损伤时,所提算法可准确、有效地识别墩身单元刚度和基底约束刚度值;(2)所提算法具有较强的抗噪性,在5%噪声影响下仍能有效识别墩底弹性支承的损伤,并能准确定位损伤桥墩单元位置和识别损伤值。     

基于应变比的桥梁损伤识别与评估方法

为了研究如何应用桥梁健康监测数据对桥梁关键部位损伤进行识别,从而对桥梁健康状况进行有效评价,解决桥梁结构监测数据分析利用方面存在的实用性不强的问题,通过在结构的测试断面和基准断面分别布设一定数量的应变传感器,采用桥梁应变影响线理论,建立了一种基于应变比的桥梁损伤识别与评估方法。分析了大量车辆荷载作用下桥梁应变响应监测数据,利用测试断面与基准断面对应部位的应变比推演出结构刚度退化矩阵,再利用封闭交通情况下测试车辆产生的荷载效应准确获得应变比矩阵和刚度退化矩阵。为分析对于开放交通条件下难以获得准确应变比矩阵的问题,利用随机信号分析理论及统计技术分析应变比的概率分布规律,发现在交通荷载作用下,一定监测周期内测试断面自身不发生损伤时其应变比众值基本保持不变,证明可根据应变比分布规律的变化对测试断面进行损伤识别。提出了封闭交通情况下测试断面快速损伤识别及开放交通条件下的损伤识别方法。将这一方法推广应用到桥梁健康监测系统中,以青银线济南黄河大桥为例,对该方法的有效性进行了验证。结果表明,该方法效率高,精度好,通用性强,能够实现封闭交通下桥梁损伤快速精准识别与评估和开放交通状态下桥梁损伤定期在线识别。     

桥梁健康监测中的关键性问题和损伤识别方法

针对大型桥梁结构健康监测的特点,分析了桥梁健康监测中的关键性问题。阐述了几种传统的损伤识别方法,并介绍了一些新兴理论在损伤识别中的应用,分析了不同损伤识别方法的特点。最后提出基于多传感器信息融合的桥梁结构损伤识别策略,并对桥梁健康监测中损伤识别的发展进行了展望。     

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GPS的南浦大桥动响应监测及刚度损伤预估

为了建立实测动响应与大跨径桥梁健康状况的紧密联系.建立了基于GPS的南浦大跨桥梁结构健康监测系统,提出了基于实测动挠度的整桥刚度损伤预估方法。首先根据桥梁结构仿真计算结果及GPS系统的监测特点,建立了桥梁动态线形变化的实时监测系统;然后根据监测数据分析了桥梁运营过程中的结构动响应分布规律,最后通过有限元迭代的方法,进行了桥梁整体刚度损伤的预估。分析结果表明,提出的南浦大桥GPS监测系统能有效地对桥梁进行关键受力部位的实时在线监测,评估方法建立了实测数据与结构健康状况的紧密联系,为实桥局部损伤定位及维护提供了理论基础。     

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。