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。     

基于空间小波分析的桥梁损伤识别

利用空间小波分析,探讨了静态荷载作用下桥梁已有损伤位置的识别方法。构建了桥梁结构损伤定位的连续、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等响应,不需损伤前的结构特性,不影响交通。一处和多处不同损伤位置、不同损伤程度的工字梁仿真试验表明,空间小波变换是识别桥梁已有损伤位置最有潜力的方法。     

基于挠度差值影响线曲率的简支梁桥损伤识别

推导简支梁某一点的挠度随移动荷载位置变化的函数,在理论上证明利用挠度差值影响线进行结构损伤识别的可行性.提出利用损伤前、后某一点的挠度差值影响线曲率来识别损伤的方法,即当移动荷载位于无损区域时,挠度差值影响线曲率为0,当移动荷载位于有损区域时,挠度差值影响线曲率明显增大,且与损伤点的位置、损伤前后的刚度有关.为验证该方法的正确性,采用一个单跨简支梁算例进行有限元模拟,算例表明该方法不但适用于单处损伤的情况,而且适用于多处损伤情况,且对结构的损伤位置和损伤程度都具有准确的识别能力.     

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。     

移动荷载作用下梁损伤检测的数值模拟及试验研究

目前利用Ansys软件建立结构损伤模型的方法,普遍存在程序复杂、人为设定损伤宽度过大等不足,导致数值模拟结果与实际情况差距较大。该文提出一种用弹簧单元模拟无厚度裂缝损伤的建模方法。这种建模方法在模拟损伤时既保证损伤宽度小,同时保证结构的整体性以及损伤左右两端内力的传递。利用点点接触法模拟移动荷载在梁上的运行过程,得到损伤梁的位移时程曲线。将不同损伤程度的位移时程曲线导入Matlab分析软件,进行连续小波变换,通过小波变换图识别出损伤的具体位置。结果表明:这种弹簧模型可以较好地模拟小裂缝损伤。对比分析不同测点位置对损伤识别结果的影响,得出在一定范围内,由一个测点可以检测整个结构的损伤,并利用试验证明了数值模拟中结论的正确性。     

应用移动质量法的结构损伤小波识别方法

为提高结构损伤识别的精度,充分发挥小波识别在特征提取、信号奇异性检测、信号降噪等方面的独特优势,提出采用移动质量多次检测法的结构损伤小波识别方法。该方法采用移动质量块在不同位置对桥梁进行多次测量,利用各次测量的频率值的变量来确定桥梁结构的其他模态参数,从而确定桥梁的局部单一和多处损伤情况。采用数值算例对该方法进行验证,结果显示,对简支梁的单一和多处损伤识别效果明显。     

基于相对小波熵和神经网络的结构损伤识别

建立接触的几何非线性简支梁模型模拟损伤裂缝的开合,计算在脉冲激励作用下简支梁完好状态机损伤状态下各节点的加速度响应,分析了损伤简支梁相对于完好梁的相对小波熵,以此有效识别简支梁损伤情况及预判损伤程度;结合BP神经网络,以不同工况下对应的相对小波熵值作为输入进行训练,利用BP神经网络较强的非线性能力及容错性对损伤位置、损伤程度进行准确判断.识别结果表明了相对小波熵指标在结构损伤检测中的有效性及实用性.     

自锚式梁下斜张简支桥梁的冲击系数研究

以梁下斜张简支梁为研究对象,根据规范计算得到其冲击系数,并与无斜张索的简支梁冲击系数进行对比。基于瞬态响应分析法,通过ANSYS有限元计算,得到在不同速度移动荷载作用下,不同主梁截面形式、不同撑杆布置形式的梁下斜张简支梁桥主梁各点的冲击系数分布规律,并对不同大小的移动荷载作用下的主梁跨中冲击系数进行参数分析。结果表明:①梁下斜张简支梁桥的冲击系数大于相同主梁的简支梁桥;②斜张梁的冲击系数分布规律均为梁端处较大而跨中处较小;③主梁截面形式、撑杆布置形式及移动荷载速度均对冲击系数造成较明显影响,而移动荷载大小对跨中冲击系数的影响不明显。     

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。     

BOTDA光纤传感技术监测钢筋锈蚀损伤的试验研究

基于钢筋锈蚀后钢筋及其周围混凝土的应力、应变发生变化的事实,提出了一种混凝土中钢筋腐蚀监测的新方法,即应用基于布里渊光时域分析计(BOTDA)的光纤传感技术监测钢筋混凝土结构的应变,通过应变分布的变化实现对钢筋锈蚀的监测.通过试验梁对该方法的可行性进行了验证,并对比分析了钢筋局部锈蚀对应变分布的影响,对试验梁的锈蚀位置进行了识别.结果表明,利用BOTDA系统的识别效果与荷载大小,锈蚀位置,锈蚀长度有关,荷载越大,锈蚀段长度越大,越靠近跨中,识别效果越好.因此,BOTDA光纤传感技术能够识别钢筋的锈蚀损伤,实现混凝土结构中钢筋锈蚀的分布式监测.     

混凝土T梁桥结构体系损伤评价试验研究

以16m跨径的T梁桥标准图为基础,按1：4的缩尺比例,采用焊接钢板的连接方法设计了一座5片T梁桥模型。通过不同的钢板连接方式,将横隔梁横向连接损伤对T桥梁桥承栽能力的影响进行了试验和有限元分析,研究了不同损伤工况对T梁桥荷载横向分配的影响。结果表明,在保持横隔梁连接的情况下,翼缘连接的强弱对荷载横向分配的影响很小;横向连接损伤只对相邻梁的荷载横向分配产生较大的影响,对其余梁的影响很弱;当单个横向连接除端横隔梁外全部损伤时,由于其他横隔梁的有利作用,其荷载分配并没有退化到翼缘连接决定的状态。只有当某片梁两侧的横隔梁同时损伤时,这片梁的荷载横向分布才退化到由翼缘连接决定的状态。     

移动荷载作用下特大悬索桥的行车舒适性

为研究移动荷载作用下特大悬索桥的动力响应和行车舒适性问题,用正交异性矩形板单元弯曲形函数的6次Hermitian插值函数,通过Matlab编程把车辆移动过桥时的荷载转换成加劲梁各节点的荷载时程,用通用有限元程序ANSYS,对移动荷载作用下特大悬索桥动态响应进行了时程分析,给出了悬索桥在不同荷载作用下的数值分析结果。实例分析表明,该方法具有很好的适用性和很高的精度,加劲梁最大位移响应位于桥梁中跨的跨中位置,发生在移动荷载通过桥梁跨中位置前后。最后,通过对某悬索桥动力响应的时程结果进行小波变换,研究了该悬索桥的行车舒适性。     

多片梁组成的简支梁桥车桥耦合振动响应研究

根据多片梁组成的装配式简支梁桥的特点,横向梁之间采用铰接,车辆模拟为九自由度整车模型,桥面不平顺激励采用三角级数叠加法模拟,建立了该类桥梁的车桥耦合振动响应分析模型,结合模态叠加法和Newmark逐步积分法求解系统方程,研究了移动车辆荷载作用下多片简支梁桥的振动响应及冲击系数.以某一实际工程桥梁为背景,分析了该桥在单车荷载作用时,不同行车速度、不同路面等级以及不同横向作用位置下的振动响应及冲击系数;研究了车辆自振频率的变化对桥梁振动响应的影响.研究结果表明,边梁冲击系数比中梁大,路面等级是影响汽车活载冲击系数大小的重要因素.     

连续梁桥与车辆耦合振动系统冲击系数的研究

将连续梁桥简化为平面梁模型，利用模态分析的方法，计算了在移动车辆振动荷载作用下，连续梁桥的动力特性。讨论了跨径和车辆移动速度变化时，车辆振动系统对连续梁桥挠度冲击系数和弯矩冲击系数的影响，比较真实地揭示出连续梁桥结构在车辆荷栽作用下的动态受力与变形本质。     

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。     

基于小波包和频响函数随机——模糊统计的斜拉桥损伤识别

针对单一方法损伤识别的缺点,提出了基于频响函数和小波包能量谱的斜拉桥损伤识别指标,结构损伤前后的频响函数作为信号,进行小波包能量谱分析.由于试验中的频响函数存在一定的随机模糊性,对完好状态下的10次频响函数值进行了随机模糊均值处理,得到的频响函数作为基准.独塔斜拉桥模型实验表明,斜拉桥的一处和两处的损伤都可以识别,损伤...     

预应力空心板桥有限元模型参数敏感性分析

以某预应力空心板桥为例,用梁格法建立有限元模型,讨论影响其荷载横向分布的各种参数,并对其敏感性进行分析。结果可供空心板桥梁的损伤识别和模型修正参考。     

基于车-桥耦合振动理论的移动荷载识别

提出了基于有限元模型修正的单车通过多梁式桥梁的移动荷载识别方法.首先采用Butterworth低通滤波器对现场采集到的24 h内所有过桥车辆产生的桥梁动位移信号进行滤波处理,提取静力响应极值,并严格按照车型进行分类统计;其次,对观测桥梁进行基于静力试验的有限元模型修正,建立能够反映桥梁真实状态的基准有限元模型;最后将修正后的有限元模型输入至自行研发的BDANS软件中的多梁式车-桥耦合振动模块,以车型为单位,依据该车型车辆在桥面横向移动时各主梁竖向位移响应分配关系,结合多梁式车-桥耦合振动模块以及实测车辆过桥时各主梁静力极值响应,识别出车辆在桥面行驶的横向位置,然后根据识别出的车辆横向行驶位置和实测桥梁响应识别出车质量.结果表明:该识别方法较为可靠,识别精度较高,能按照车型批量进行识别,可大规模处理交通荷载数据.     

基于在线动力响应的板梁桥铰接缝损伤评估方法

为了解决板梁桥铰接缝健康状态难以诊断的难题,以桥梁在车辆荷载作用下的动力响应频谱定义频谱形状差异性指数,并结合频率构造目标函数,提出了一种基于桥梁在线动力响应的铰接缝损伤定量评估方法。该方法以铰接缝横梁刚度整体下降程度作为损伤指数,通过基于L-M准则的有限元模型修正方法实现对装配式板梁桥铰接缝损伤的定位和定量分析。采用车-桥耦合振动分析方法计算桥梁的在线动力响应,并避开板梁桥1阶竖弯模态,选择包含桥梁横弯和扭转模态在内的频率段分析响应频谱形状差异性指数。数值分析了铰接缝损伤位置、损伤程度、主梁车辆横向随机位置、车辆速度和路面不平度等因素对铰接缝损伤识别结果的影响,并进一步分析了主梁和铰接缝同时存在损伤时的识别结果。研究结果表明:所提损伤评估方法抗噪能力强,损伤识别结果受车辆速度、车辆横桥向随机位置和路面不平度等因素的影响较小,识别结果较为准确;该方法对单个或多个位置铰接缝不同程度的损伤均可正确识别,误差较小,还可同时识别主梁和铰接缝损伤。对一座装配式板梁桥进行了现场试验分析,基于所提方法的板梁桥评估结果和桥梁现场情况相符,从而从应用角度证明了所提铰接缝损伤评估方法的准确性和可靠性。     

基于曲率模态和小波系数差的损伤识别

针对单一方法对结构损伤识别不太敏感的缺陷,提出了结合曲率模态和小波分析的综合损伤识别方法。以损伤前后的曲率模态作为分析信号,进行离散小波变换,提取高阶频率系数。将高阶系数之差作为损伤指标,通过高频系数差值的奇异处可以识别损伤位置。经过对2跨连续梁的数值模拟,不仅能够识别1、2处损伤,还能识别支座附近的损伤。证实了此方法定位准确,易于识别的优点,并对一座2跨连续梁钢桥模型进行试验。