预应力混凝土组合箱梁桥损伤识别方法研究

该文运用动力识别指标——柔度法和模态应变法分别对某五跨预应力混凝土组合箱梁桥的损伤识别进行了研究,对比分析了两种方法的识别效果,结果表明:对于连续组合箱梁结构,柔度差法比模态应变能法的识别效果更好。     

斜拉桥损伤识别的模态柔度指标分析

结合斜拉桥结构，应用高精度三维有限元模型，对桥面损伤位置识别的模态柔度指标进行了研究。探讨了柔度指标的构造、模态参数的选取及其对计算精度的影响和对斜拉桥可能损伤情况的灵敏性与稳定性等。用于损伤识别的模态柔度指标在构造上可以克服实际应用上的不完全测量所带来的困难，对测点位置和数量均不做过强的约束。柔度指标的构造方式体现了振型与频率的综合特性，具有较好的灵敏性和稳定性。通过少量低阶模态参数就能够计算得到可靠的柔度指标，因此，为实际测量带来较大方便。     

基于模态柔度法的连续梁结构损伤识别研究

利用模态柔度矩阵对角线元素的相对变化率和曲率对连续梁结构进行损伤定位,对这2种指标进行了损伤灵敏度和噪声灵敏度分析.研究了测试不完备和存在观测噪声条件下利用这2种指标进行损伤识别时所存在的困难.针对某三跨连续梁桥,对几种振型扩展与修正的方法进行了比较研究.提出了适合于该类问题的振型修正方法,计算结果表明该方法能够在测试不完备和存在观测噪声的条件下对连续梁结构进行较为准确的损伤定位.     

西堠门大桥动力特性分析与损伤识别方法

以西堠门大跨悬索桥为工程背景,采用ANSYS建立3D有限元模型,针对缆索承重的特点,对大桥进行了模态分析,并采用柔度矩阵、曲率模态、模态应变能的方法.对大桥进行损伤识别分析.通过对比分析结果,得出适用于西堠门大桥的损伤识别方法.     

基于小波包能量谱的大跨桥梁结构损伤预警指标

基于结构动力响应的小波包能量谱提出了两种结构损伤预警指标:能量比偏差和能量比方差。以润扬长江大桥北汊斜拉桥为研究对象,分析了损伤预警指标在不同损伤位置、损伤程度和测量噪声水平下的预警能力。研究结果表明:与结构自振频率等模态参数相比,能量比偏差和能量比方差可以明显提高大跨桥梁结构损伤预警的敏感性和有效性,并且具有良好的抗噪声干扰能力。能量比偏差和能量比方差可作为大跨桥梁结构损伤预警系统的损伤预警指标。     

基于宏应变自相关离散率向量的桥梁损伤识别

既有宏观应变模态测试方法较难识别时变桥梁损伤,因此,该文通过建立车桥振动方程,推导了时变桥梁宏观应变表达式,基于提升小波变换在时频域拥有较好的时变表征特点,重构了单元宏应变数据,实现了噪声分离,有效优化了宏应变数值,突出其变异性,进而建立了基于单元宏应变自相关离散率向量作为损伤指标的时域损伤识别方法。仿真和试验结果表明:该损伤指标具有较好的抗噪性,可直观有效地实现对时变桥梁的损伤定位。识别方法操作较简单,不易受车桥耦合的影响。     

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.     

基于振动特性的三塔悬索桥主缆损伤识别研究

该文对三塔两跨悬索桥进行健康监测和损伤识别。首先对有限元模型进行结构动力特性分析,然后计算主缆各点以相对模态柔度为基础的损伤指数和模态柔度差值,最后分析了损伤曲线的损伤分布规律,并得到主缆最易发生损伤的部位。结果表明:在横向振型的特性下,悬索桥主缆容易在中塔部位发生损伤,在面内振型的特性下,主缆损伤处易向跨中偏移。得到结论:以相对模态柔度为基础的面内损伤指数对主缆某些损伤工况能够较好识别,而面内模态柔度差值的主缆损伤规律和横向模态柔度差值的主缆损伤规律对中塔呈对称分布。     

基于固有频率和应变模态加权lp正则化模型的小损伤识别

小损伤识别是结构健康监测中重要且难以解决的问题。针对该问题,基于固有频率和位移模态的l₁正则化模型存在位移模态对小损伤不敏感和l₁正则项不能准确地刻画结构损伤稀疏性的不足。针对这些不足,提出一种基于固有频率和应变模态加权l_p(0p(01正则化模型,所提出模型的抗噪能力更强;并且在相同噪声水平下,所提出模型的损伤识别精度更高。     

基于柔度矩阵曲率差法识别结构损伤

提出利用柔度矩阵曲率差法研究结构的损伤识别,利用结构损伤前后的柔度矩阵分别求得各列的平均值,然后进行差分,并以其作为损伤识别的指标;以有限元分析含损伤结构的模态参数为基础,分别建立简支梁含有一处损伤、多处损伤、连续梁各跨和支座处含有一处损伤的ANSYS有限元模型,分析该方法识别结构损伤的效果。数值分析表明该方法仅需低阶模态参数即可准确简便地识别结构单处或多处损伤的位置;通过与已有的MF、MFC、RFD等损伤指标的数值模拟分析对比,显示了该指标的优越性。     

基于模态识别的波形钢腹板箱梁损伤位置研究

为解决波形钢腹板箱梁损伤识别和损伤定位问题,以上海塘大桥工程中波形钢腹板箱梁为研究对象,采用Ansys Workbench有限元建立波形钢腹板箱梁损伤结构计算模型,结合BP神经网络学习和重复训练功能,对波形钢腹板箱梁损伤前后的模态进行重复训练和计算,探索波形钢腹板箱梁损伤程度和位置与模态参数之间的变化规律。研究表明：波形钢腹板箱梁损伤后模态参数呈现下降趋势,不同程度和位置损伤后对模态参数影响存在一定的差异性,结构损伤程度与模态参数下降呈线性关系,训练后的BP神经网络对波形钢腹板箱梁损伤识别误差在3%范围内,验证了训练后的BP神经网络对波形钢腹板箱梁损伤识别的可靠性和准确性。     

基于能量法的组合梁桥拥堵车辆怠速振动所致疲劳损伤评估

针对拥堵车辆怠速振动造成的城市桥梁疲劳失效风险，利用ABAQUS建立车辆拥堵荷载作用下的车-桥耦合有限元模型，通过动力响应分析和应力循环计数，采用能量法以总应变能密度为损伤参量，计算4种拥堵工况下城市组合梁桥钢箱构造细节的疲劳累积损伤，并通过与规范标准疲劳车畅通运行状态时的损伤对比，综合评估车辆拥堵对城市组合箱梁桥疲劳性能的影响。结果表明：城市组合梁桥在车辆拥堵荷载作用下弹性应变能在总应变能密度值中占主导地位，其疲劳行为是典型的高周疲劳，疲劳损伤主要来自于怠速振动初始的3~5个高应力幅循环；钢箱底板-腹板焊缝构造细节的疲劳累积损伤为母材的2~5倍，焊缝是疲劳性能较薄弱的部位；当典型拥堵车流只包含小汽车及公交车时，拥堵状态下的疲劳损伤可偏于安全地采用1辆标准疲劳车怠速振动进行评估，但在某些未限制货车通行路段，车辆拥堵造成的疲劳损伤显著增大；由于发动机怠速振动动力效应致使等效应力幅增大65%，1辆标准疲劳车1次拥堵作用下的疲劳损伤是畅通状态下疲劳车单次过桥产生损伤的14.7倍，构造细节疲劳破坏风险增大；考虑车辆拥堵影响后疲劳累积总损伤增大，疲劳损伤受拥堵工况、交通量及拥堵时长影响，日均拥堵4 h情况下，考虑拥堵后的疲劳损伤可达不考虑时的3.5倍。该文可为类似桥梁疲劳评估提供借鉴参考，为保障既有城市钢桥的安全运营提供一定的基础理论支撑。     

钢箱梁的声振特性及影响因素研究

为分析钢箱梁的声振特性，联合锤击试验和统计能量分析（SEA）方法从统计能量分析参数和声振响应两方面进行研究。首先，以某钢箱梁节段[10.1 m（长）×4.8 m（宽）×3.1 m（高）]为对象，通过锤击激励获得顶板和底板不同位置的加速度频响函数。然后，建立SEA模型预测钢箱梁的振动声辐射，考察了各板件在100~5 000 Hz频段的模态数，并将加速度频响函数的仿真结果与实测值进行对比。最后，通过数值仿真分析，探讨了结构设计参数（加劲肋和横隔板）对统计能量分析参数和钢箱梁声振响应的影响规律。研究结果表明：除个别频带外，顶板和底板不同测点位置的加速度频响函数没有显著差异；SEA方法可较精确地预测钢箱梁的高频振动噪声，且相比有限元方法具有更高的计算效率；设置加劲肋后，板件的模态密度和输入功率均下降，子系统间的耦合程度降低，但板件的辐射效率增大；设置加劲肋后，顶板和底板的振动速度级在每个频带平均下降8.2 dB和6.7 dB，钢箱梁声功率级在每个频带平均减小3.1 dB（A）；相比加劲肋厚度而言，加劲肋间距对钢箱梁声振响应的影响更大，应优先作为声学优化的主要参数；横隔板可在一定程度上降低板件的振动响应，取消横隔板将导致钢箱梁声功率级在每个频带平均增大1.3 dB（A）。     

上海长江大桥主桥斜拉桥双箱梁节段的三维空间屈曲

上海长江大桥主通航孔桥斜拉桥的桥面结构为中间箱形联系梁连接的分离式双箱梁钢结构体系,具有十分复杂的空间效应,而局部屈曲问题是钢箱梁设计中的一个关键问题。因此,对双箱梁节段的局部屈曲分析是非常有必要的。运用大型结构分析软件SAP2000的三维板壳单元进行建模,模型边界的荷载施加考虑了结构总体分析的真实受力工况,分析得到了一些双箱梁节段的三维屈曲模态及屈曲系数,并且提出了一些对结构设计有价值的建议。     

基于神经网络的斜拉桥钢箱梁局部连接细节腐蚀疲劳可靠度研究（双语出版）

腐蚀与疲劳是影响斜拉桥钢箱梁服役可靠性的关键因素，为研究两者双重作用下斜拉桥钢箱梁服役期可靠度的衰退规律，开展了基于神经网络技术的斜拉桥钢箱梁局部连接细节腐蚀疲劳可靠度分析。首先，通过疲劳强度与钢材强度的关系以及腐蚀引起的钢材抗力衰变，得到了钢材腐蚀疲劳抗力时变模型。然后，通过基于均匀设计法的神经网络技术和非线性有限元方法进行斜拉桥钢箱梁腐蚀疲劳时变可靠度分析。采用均匀设计法得到影响结构可靠性的基本随机变量的设计样本点，基于ANSYS求解样本点处疲劳荷载作用下的钢箱梁应力幅，通过神经网络得到钢箱梁构件的应力幅函数显式表达式。在建立腐蚀疲劳抗力和疲劳荷载效应时变模型的基础上，构建了斜拉桥钢箱梁局部连接细节腐蚀疲劳时变可靠度的显式功能函数，基于FERUM程序采用JC法计算斜拉桥钢箱梁腐蚀疲劳时变可靠指标。最后以苏通大桥为例，采用所提方法对钢箱梁局部连接细节服役期的腐蚀疲劳时变可靠度进行了计算，并进行了参数敏感性分析。结果表明：桥面板和U肋腐蚀疲劳可靠指标均随时间增加而减小，但桥面板腐蚀疲劳可靠指标衰退越来越快，而U肋腐蚀疲劳可靠指标则衰退越来越慢，桥面板腐蚀疲劳寿命不足100年。研究结果为斜拉桥钢箱梁服役期的运营维护提供了指导。     

大跨悬索桥箱形钢桁架梁的综合疲劳评定方法研究

根据大跨桥梁铜箱梁各类构件的受力特点建立了确定钢箱梁关键疲劳构件的评价模型,提出了基于结构有限元分析、应变监测信息、构件分级系统和桥梁结构人工检测等多方面信息综合评定关键疲劳构件的方法。以某大跨悬索桥钢箱梁结构为例,结合结构有限元数值计算和结构健康监测系统确定的关键钢箱梁截面,针对关键截面上的主要构件分布,利用应变传感器输出信息、结构有限元分析得到的应力分布信息、人工检测信息和桥梁主要构件的危险等级和易损等级信息,结合层次分析法和模糊综合评判理论确定了影响钢桥构件疲劳评定的各因素的权重,用综合隶属度评分法进行关键疲劳构件的等级评定。     

寒冷地区中等跨径连续钢箱梁桥设计分析

本文对寒区中等跨径连续钢箱梁桥,分别按7.5cm沥青混凝土铺装方案和10cm水泥混凝土+10cm沥青混凝土组合铺装方案进行设计,分析钢箱梁用钢量指标随桥梁跨径、箱梁梁高的变化规律,研究寒区钢箱梁桥采用组合铺装后,钢箱梁用钢量指标变化情况,为寒区中等跨径钢箱梁桥的设计提供参考。     

大跨四线铁路上承式钢桁拱桥拱上梁设计

大瑞铁路保山至瑞丽段采用跨度490m的上承式钢桁拱桥跨越怒江,该桥为高烈度地震区大跨度四线铁路桥,在桥上设站。对拱上梁的跨径、联孔、梁型和支座设置进行比选,确定拱上梁采用一联14×37.2m钢箱梁,拱上立柱采用钢结构双柱排架墩,钢箱梁与拱上立柱之间设置纵向固定支座以提高墩的纵向刚度。桥面总宽度为24.9m,分双幅对称设计,单幅钢箱梁采用双箱单室大悬臂结构。采用MIDAS Civil软件建立拱上钢箱梁局部空间板壳有限元模型进行结构分析,结果表明:大悬臂钢箱梁横向偏载效应较为明显,各支点反力由外向内依次减小,最不利状态下最小抗倾覆系数满足设计要求;钢箱梁应力、位移及疲劳验算均满足规范要求。     

波形钢腹板预应力混凝土箱梁的试验研究

为研究波形钢腹板预应力混凝土箱梁这种新型桥梁结构的力学性能,根据国外已建实桥的箱梁尺寸,设计了缩尺模型试验梁。通过测试模型梁在静力荷载作用下的挠度和应变,来分析这种箱梁结构的弯曲、扭转和畸变等力学特性。试验结果表明:在弯曲荷载作用下,波形钢腹板主要承担剪力,而弯矩仅由混凝土顶板和底板来承担,同时箱梁的挠度应计及钢腹板的剪切变形的影响。另外,波形钢腹板预应力混凝土箱梁对偏心荷载作用时产生的扭转变形和畸变的抵抗能力相对较差。波形钢腹板预应力混凝土箱梁具有区别于传统混凝土箱梁结构的的力学特性。