基于信赖域算法的连续梁桥动力损伤识别

对于大型复杂的既有桥梁结构,进行整体的动力健康检测和评估存在着识别参数多,识别精度差等问题。结合有限元模型修正技术,引入有效弹性模量损伤因子和损伤分布函数的概念,通过在Matlab环境下调用ANSYS有限元程序中的APDL语言进行桥梁结构的有限元建模,利用信赖域算法调整参数,实现了对连续梁桥的动力损伤识别,数值算例表明该方法能准确、有效地判断桥梁结构的损伤发生、损伤区域以及损伤程度。     

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。     

基于复变量求导及Levenberg-Marquardt法对梁的损伤识别研究

文中结合复变量求导方法,利用Levenberg-Marquardt算法,构建了一种损伤识别模式,并以此实现对简支梁结构的损伤识别。该模式以单元弹性模量的减少模拟损伤,采用有限元方法获得结构的振动加速度响应,构造用振动响应与计算响应差值的最小二乘函数作为目标函数的识别依据。在识别过程中,采用Levenberg-Marquardt算法进行弹性模量的迭代计算,引用复变量求导法解决在识别过程中灵敏度计算困难的问题,并通过极小化目标函数求得损伤的弹性模量。分析了不同工况中有无噪声条件下梁的损伤识别效果。数值算例表明,该方法具有一定的鲁棒性。     

连续刚构桥动力特性参数识别与有限元模型修正

以东营黄河公路大桥——大跨预应力混凝土连续刚构桥为对象,首先利用ANSYS建立了全桥的三维有限元模型并进行了理论模态分析;并应用频率分解方法(FDD)和特征系统实现算法(ERA)分析了该桥所安装的健康监测系统采集的加速度响应数据,进行了桥梁动力特性参数识别;最后,在所建立的初始有限元模型和识别的实际桥梁动力特性参数的基础上,采用模型修正的方法,得到了该桥修正的有限元模型。研究结果表明,通过该桥监测系统采集的加速度数据可以较好地识别其模态参数,所识别的模态参数可作为结构动力特性修正的依据;修正后的有限元模型能更真实地反映结构的动力特性,模型修正的结果较好地反映了实际桥梁的物理特性。该模型可以作为该桥梁长期健康监测与状态评估的基准模型。     

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。     

结构损伤识别的双重网格算法

提出了结构损伤识别的双重网格算法,采用损伤网格描述结构损伤,通过损伤网格节点的损伤变量插值得到结构内任一点的损伤值。应用该方法对一钢筋混凝土简支梁的损伤问题进行了研究,识别结果较好地反映了结构的损伤分布。研究结果表明:双重网格算法可以有效地减少识别变量的个数,提高识别效率,并对土木工程结构中常见的连续分布损伤有较好的识别效果。     

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。     

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LSTM神经网络的桥梁损伤预警方法

为准确把握桥梁服役期内的健康状况,提高损伤评估效率,基于泗安塘大桥主桥某年多个测点的车致应变数据,建立了一种桥梁损伤预警方法。首先使用长短时记忆(LSTM)神经网络建立了车辆荷载作用下桥梁不同测点的多输入相关性模型,之后建立桥梁有限元模型模拟有损工况的桥梁状态,并提出损伤评估指标,最后根据损伤评估指标进行桥梁损伤预警。结果表明：采用LSTM神经网络建立的多输入相关性模型能够实现桥梁任意测点间车致响应的高精度预测;基于有限元模拟的车致应变提出的4个损伤评估指标能对假定的桥梁损伤进行明显识别;对泗安塘大桥主桥进行状态评估,4个损伤评估指标均稳定分布在一定的范围内,表明该桥近期没有增加新的损伤;建立了基于多测点的结构损伤评估指标体系,设定同时刻75%及以上的损伤评估指标超限时发出预警。     

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。     

再议梁板桥横向分布及其在加固中的问题

通过理论分析并建立有限元实体单元模型大量计算,对传统力学假设和简化计算与实际结构间存在的差异,以及桥梁结构由于破损或加固造成的横向分布变化进行研究,并以实际桥梁工程为背景,用计算实例进行验证。结果表明,各实际桥梁结构与简化计算结果间存在差异,传统的桥梁横向分布计算方法存在偏不安全的地方;提出了一些实际桥梁结构的横向分布系数的修正系数,用于修正横向连接的缺损或加固导致横向分布系数的变化。提出的修正系数具有较好的工程实用性,得到的桥梁受力状态将更加符合板梁的实际受力状况,可供工程设计参考。     

基于斜拉索张力测定的斜拉桥健康诊断

应用试验校正的高精度三维有限元模型,对斜拉桥主梁结构损伤位置识别的斜拉索张力指标进行了研究。模拟12种可能的损伤情况,研究了基于斜拉索局部模态基频构造索张力指标的方法,索张力指标对各损伤情况下损伤位置的识别效果和对损伤程度的敏感性。结果表明,用斜拉索局部模态基频所构造的张力指标对不同的损伤程度呈现较好的稳定性和灵敏性,对模拟的12种损伤情况的正确识别率可达75%。该方法的突出优点是只需测量斜拉索局部振动模态的基频,就能获得较好的损伤识别效果,比其他面向损伤检测的测量容易得多。该方法可十分方便地推广应用于悬索桥加劲梁结构的损伤定位,具有较高的实用价值。     

薄壁高墩连续刚构桥的线性稳定分析

结合龙潭河大桥的工程实例,利用有限元程序ANSYS,分别选用梁单元和壳单元建立有限元模型,对施工和成桥阶段进行线性稳定分析。结论表明：采用梁单元模型对薄壁高墩刚构桥进行稳定分析能得到满意的效果,两种单元模型对比分析得出了一些对该桥初步设计具有参考意义的结论。     

体外预应力对钢箱-混凝土组合连续梁桥受弯性能的影响分析

应用空间有限元方法,对3跨变截面预应力钢箱-混凝土组合连续梁桥进行了建造全过程分析。着重研究了施加体外预应力对钢箱-混凝土组合连续梁桥受弯性能的影响,采用单元生成技术实现钢箱-混凝土组合连续梁桥受力全过程模拟。分析结果表明,当钢箱-混凝土组合连续梁桥跨度较大,且截面尺寸受限时,采用常规的墩顶强迫位移、桥面板施加体内预应力等措施仍不能满足中支座负弯矩区域的承载力要求。对中支座负弯矩区域桥面板施加局部体外预应力,对于改善钢箱-混凝土组合连续梁桥的受弯性能有较大的作用,能提高钢箱-混凝土组合桥梁的承载力,进而提高了跨越能力,具有更好的综合经济效益。     

连续 T 梁桥荷载横向分布有限元与荷载试验对比分析

使用Midas Civil建立了连续T梁桥的有限元梁格模型，将有限元计算的结果和桥梁实际现场静载试验的实测结果进行了比较分析，得到了粱格模型能够准确地用于分析该类型桥梁的受力情况。同时也对比了在设计活载作用下与单位力作用下利用挠度与应力指标的结果分析跨中荷载横向分布影响线，知道了采用挠度指标的计算结果比应力指标的结果横向分布更加均匀，且通过实桥静载试验的偏载与中载工况结果可知，计算所得的应力(应变)与挠度影响线和有限元计算值的结果比较相似，桥梁的横向刚度较好处于良好的健康状态。     

宁波招宝山大桥基于模型修正的动力分析

宁波招宝山大桥是曾经严重事故、后经局部拆除加固重建的大型独塔不对称斜拉桥,目前成桥状态十分复杂。为了评估大桥的使用性能和建立桥梁健康监测系统,需要符合实际结构的有限元分析计算模型。在采用精细的有限元模型基础上,以实际测量的动态试验数据为依据,应用基于灵敏度分析为基础的模型修正法,对结构有限元模型进行了修正。基于振型的模态确认准则的相关性计算表明,修正后的有限元模型比较好的反映了结构的实际状态,由此计算分析了成桥状态的动力特性。相关结果可为后续结构健康检测、损伤评估与维修管理提供必要的技术支持。     

多梁式小箱梁桥沿纵向有效宽度的动力识别方法

与传统的有效宽度计算方法不同,在整桥的动力分析结果和弹性支承连续梁法荷载横向分布理论的基础上,通过假定弹性支承连续梁法动力分析模型的面内1阶转动频率与整桥1阶扭转频率相等,提出了一种多梁式小箱梁桥沿纵向有效宽度的动力识别方法。然后利用该方法识别得到的有效宽度计算各主梁的横向分布影响线及横向弯矩,并与空间有限元模型的计算结果进行了对比,结果表明该法具有很高的精度,为此类问题的研究提供了一种新的思路。