基于桥梁动力响应差和提升小波变换识别梁桥损伤

基于损伤桥梁在移动车辆荷载下的动态响应特点以及提升小波变换在奇异性检测方面的优越性能,提出了对不同大小移动车辆荷载作用下的单点桥梁加速度响应差值进行提升小波变换,通过提升小波系数峰值识别桥梁损伤的不依赖无损模型的损伤检测方法。数值分析表明,该方法可以有效识别不同程度、不同位置和多处桥梁损伤。其次,讨论了不同测点位置、荷载速度、噪声水平对损伤识别效果的影响,表明该方法具有较好的抗噪性;测点距离损伤位置越近,损伤识别效果越好;当荷载速度过大时,损伤信息易被淹没,损伤效果变差。     

128m大跨度铁路应急钢桁梁极限荷载

利用ANSYS软件建立128 m跨铁路应急钢桁梁的非线性有限元模型,研究不同杆件损伤位置、不同损伤长度和不同损伤形式等不同损伤状态下钢桁梁的极限荷载。结果表明:非损伤状态下,钢桁梁因构件屈服发生大变形而失稳破坏,极限荷载系数为2.231,能够保证安全运营;损伤位置对结构极限荷载影响明显,损伤位置越靠近跨中,影响越大;跨中为杆件损伤最不利位置,损伤程度较大时,结构将因杆件局部应力过大而发生强度破坏;随着损伤长度增加,极限荷载呈现先迅速下降、后小幅上升并逐渐趋于稳定的变化趋势,损伤程度越大,损伤长度对极限荷载的影响越明显;损伤形式对极限荷载影响差异较大,杆件的截面损伤和材料屈服强度退化对极限荷载影响显著,而杆件的材料刚度退化的影响可基本忽略。     

小波包变换频率混淆的消除及其在桥梁健康监测中的应用

在分析离散小波包Mallat算法引起频率混淆的原因基础上,提出消除频率混淆的改进算法.运用改进算法对斜拉桥的加速度信号进行分析,结果表明:小波包能量分布同结构的固有频率一样能够表征结构的固有特征,而且还能够反映结构的局部特性.利用损伤前后结构信号的小波能量互熵,并引入相应的权重,在一定的置信水平下能够准确识别损伤的位置.损伤识别结果表明:对于单一损伤状态,小波能量互熵能够较好地定性和定量描述损伤程度;对于复杂的多处损伤状态,小波能量互熵只能识别出损伤的位置,难以定量描述各处的损伤程度.该方法具有较强的抗噪能力.     

基于小波包能量谱的地铁隧道健康监测预警

基于小波包变换对环境激励下的加速度响应信号进行分析,根据加速度响应信号的能量谱提出两种健康监测的预警指标,并采取统计小波包能量谱来研究小波包能量分布的收敛性,以确定损伤识别预警的基准阈值。以武汉地铁3号线王宗区间隧道运营阶段为背景,考虑到隧道内复杂环境引起的随机噪声对加速度响应信号损伤识别敏感性具有一定影响,提出一种基于小波包变换的多阈值去噪法,基本原理即对每个小波包分解系数选取合适的阈值准则并进行降噪处理。实际工程表明:10-1Hz以下加速度响应信号的信息均得到保存,在剔除噪声的同时有效保护各频段的有用信息,可用于实际工程信号降噪过程中;随着数据段数n的增加,预警指标能量改变偏差ED与能量变化方差EV趋于稳定,可以有效判断结构损伤的全过程变化,表明通过收敛值得到的预警阈值在实际应用中具有可行性。     

减振轨道对钢桁梁桥噪声影响规律的研究

列车经过钢桁梁桥时引起的噪声辐射问题比混凝土桥更为突出,对沿线居民造成的影响更大。以某轨道交通钢桁梁桥为研究对象,基于统计能量法(SEA)建立钢桁梁桥结构噪声与轮轨噪声预测模型,分析包含一般减振整体道床、减振垫浮置板、橡胶弹簧浮置板和钢弹簧浮置板在内的4种不同轨道减振结构型式对钢桁梁桥人行系统及周边敏感场点的噪声影响及传播规律,并对人行系统及敏感点处的综合噪声进行预测。研究表明,减振垫浮置板道床在降低钢桁梁桥人行系统及敏感点处的综合噪声方面效果最优。研究结论为钢桁梁桥上的轨道减振结构设计选型提供依据,为解决今后类似工程的桥梁噪声问题提供一定借鉴。     

考虑作业工况的架桥机主梁损伤识别研究

为防止架桥机主梁损伤诱发安全事故,进行作业工况下架桥机主梁损伤识别研究。以SXJ900/32型架桥机为研究对象,基于其架梁作业过程中主梁支承随时变化的现状,根据变形协调条件推导SXJ900/32型架桥机简化模型的力法方程;利用虚功原理求解结构挠度影响线的函数解析式,探求主梁支点存在高差情况下,基于挠度影响线曲率曲线的主梁损伤识别技术,并通过架桥机有限元模型仿真模拟进行验证分析。结果表明:利用架桥机主梁上测点的挠度影响线曲率曲线,可识别架桥机主梁的单点和多点损伤,但损伤处与测点的相对位置关系对损伤识别效果具有一定影响,结合2个测点的挠度影响线曲率曲线可取得最优识别效果;此外,利用挠度影响线曲率曲线不仅可识别损伤位置,还可较准确地量化判断损伤程度。     

多跨简支拱型钢桁梁桥顶推拖拉监控技术

以京张高速铁路官厅水库特大桥多跨长联拱型钢桁梁架设施工为研究对象,采用数值计算和现场测试相结合的方法,开展大桥顶推拖拉施工全过程监控技术研究。首先,采用MIDAS/Civil建立多跨长联拱型钢桁梁桥各施工阶段的有限元模型,分析各主要工况下的结构受力状态并提出相应的测点布置和监控方法;其次,采用弦式应变传感器系统、全站仪和精密水准仪对钢桁梁桥拼装、拖拉和落梁全过程进行现场监控;最后,对数值计算结果和现场实测结果进行深入对比分析。研究结果表明:多跨长联拱型钢桁梁桥施工过程中主桥结构实测的应力、挠度、轴线和临时支墩受力、变形以及成桥后的结构线形及受力均满足计算和设计要求。     

基于健康监测的钢桁梁桥结构承载力可靠性评估

桥梁结构健康监测系统能有效监测桥梁结构上的各种作用及结构效应,可为准确评估桥梁结构状态提供信息。以一座钢桁梁桥健康监测数据为基础,研究基于健康监测的钢桥构件承载力可靠性评估方法,分析应变信号的特点,并根据一段时间内的健康监测数据对桥梁结构进行承载力可靠性分析,建立基于随机车辆荷载模型的桥梁承载力可靠性评估方法,探讨温度效应对结构承载力可靠指标的影响。结果表明:由移动车辆振动引起的钢桥构件应变很小,移动车辆荷载产生的静力响应对构件承载力可靠指标起控制作用;随机车辆荷载模型能较好地模拟实际列车通行情况,结合有限元方法,能快速对钢桥构件承载力进行可靠性评估;考虑温度效应后构件承载力可靠指标有所减小,且温差越大,变化越明显。     

基于Hilbert-Huang变换的桥梁损伤预警

基于结构损伤会引起结构状态微小突变理论,利用Hilbert-Huang变换(HHT)的时频分析特性,结合动力测试信号的Hilbert谱和分解后IMF分量中的突变点,判断结构发生损伤的时间,实现对结构的损伤预警。运用该方法对1座3跨钢桁梁进行的损伤预警数值分析结果表明,基于HHT的结构损伤预警方法能够从实测结构反应信号中提取出结构的动力特性与损伤信息,从而准确地预警桥梁结构损伤发生的时刻,且该方法可以面向实时数据,适合在役桥梁结构的健康监测。对该方法抗噪性的研究结果表明,其预警效果随着噪声水平的提高不断下降,但随着损伤程度的增加,该方法对噪声水平的敏感度有降低的趋势。     

基于车桥耦合动力分析的钢桥疲劳损伤与剩余寿命评估

提出基于车桥耦合动力分析的钢桥疲劳评估方法,建立车桥动力系统模型进行列车过桥耦合振动分析,求解桥梁构件疲劳应力,在此基础上,采用S-N曲线法对关键构件的疲劳损伤和剩余使用寿命进行评估。以一座铁路下承式钢桁梁桥为例,利用实测应力数据对所提方法进行验证,与既有方法评估结果进行比较,并研究了车速和轨道不平顺对桥梁疲劳性能的影响。结果表明:本文方法所得构件疲劳应力与实测数据符合较好,能够对铁路钢桥疲劳损伤和使用寿命进行准确评估;列车速度对桥梁疲劳性能有显著的影响,构件疲劳损伤程度并不一定随着车速的提高而增大;轨道不平顺能够显著影响桥梁疲劳损伤累积,轨道平顺性越好,构件疲劳损伤程度越低,加强轨道维护、保持良好轨道状态能够有效延长铁路钢桥的疲劳使用寿命。     

小波分析在桥上移动荷载识别中的应用

利用小波分析技术和三次样条函数对测点的位移响应进行曲线拟合,根据拟合结果微分求得速度、加速度响应。利用梁体有限元振动方程结合模态迭加法推导出的移动荷载识别公式进行桥上移动荷载识别。对接触力的识别结果,利用小波分析技术将其在时域内分解为低频、高频部分,发现对轴重和沉浮运动引起的动荷载识别较好,识别的主要误差在于点头运动引起的动荷载。进一步的分析表明,虚假点头运动是引起误差的根源。指出在识别方法中剔除虚假点头运动将是提高识别精度的有效途径。计算机仿真计算表明,该方法具有较好的识别效果。     

车辆荷载作用下连续箱梁桥剪力滞效应分析

采用有限元方法对混凝土连续箱梁桥的剪力滞效应进行分析,重点研究了车辆荷载类型及作用位置对箱梁剪力滞效应的影响.结果表明:不同车辆荷载作用下,箱梁剪力滞系数横向分布规律不同,荷载等级对箱梁剪力滞效应的影响较为明显;车辆荷载纵向变位对梁端截面剪力滞效应影响较大,对跨中截面影响较小,距离支座越近剪力滞效应越明显;箱梁顶板中心剪力滞系数随着车辆荷载从翼板向箱梁中心移动,将经历一个负剪力滞效应到无剪力滞效应,再到正剪力滞效应的过程,而底板剪力滞效应受荷载横向移动的影响较小;车辆荷载对其作用点附近的局部区域剪力滞效应影响较大.     

斜拉桥主梁损伤对车激索力响应的影响研究

以斜拉桥的损伤识别为目的,提出了一种索力比指标,研究了斜拉桥在车辆荷载激励下,主梁发生损伤时斜拉索索力比指标的变化规律。以实验室独塔斜拉桥试验模型为研究对象,基于ANSYS建立其空间板壳有限元模型,以单元刚度的折减模拟主梁损伤,对主梁在不同位置损伤、不同程度损伤两类工况下,车辆荷载激励下斜拉索的索力比指标变化进行了数值仿真。结果表明:车辆荷载激励下,斜拉索的索力比指标与主梁的损伤位置和损伤程度存在一定的对应关系。为后续基于车辆荷载激励下的索力响应指标识别斜拉桥损伤方法的研究提供了重要的参考,具有一定的理论意义。     

结合钢桁梁活载作用下钢与混凝土弹性模量比的试验研究

因芜湖桥结合钢桁梁的设计需要，对C50混凝土疲劳荷载作用下的弹性模量做了试验，研究了混凝土的持续弹性模量，瞬时弹性模量，残余应变随疲劳次数，应力水平和应力幅的变化情况以及残余应变的恢复情况。由此提出了几种活载作用下钢与混凝土的弹性模量比取值的处理方法，供芜湖桥结合钢桁梁梁设计参考。     

重载运输条件下铁路下承式钢桁梁力学行为分析

以下承式铁路钢桁梁为研究对象,采用理论分析与现场试验相结合的方法,对重载列车作用下64 m单线简支、64 m双线简支和64 m双线连续下承式钢桁梁各杆件的力学特性进行分析。得知,中-活载作用下双线简支下承式钢桁梁重车侧结构杆件挠度和应力最大,单线简支下承式钢桁梁次之,双线连续下承式钢桁梁最小;运营重载列车作用下双线连续下承式钢桁梁横向振幅和横向加速度最小,双线简支下承式钢桁梁桥次之,单线简支下承式钢桁梁桥最大。     

考虑车-桥耦合的重载铁路钢桥局部疲劳分析

研究目的:基于车-桥耦合振动理论,以64 m简支钢桁梁桥为实例,研究重载铁路钢桁梁桥局部疲劳可靠度问题。首先建立64 m简支钢桁梁桥的车-桥动力学模型,通过现场试验结果验证模型的准确性,并确定桥梁最不利疲劳部位;然后基于Monte Carlo方法,将车速和轨道不平顺作为随机变量,随机选取100个车速和轨道不平顺的组合样本;利用Miner线性疲劳累积准则和概率密度函数方法,得到钢桥最不利疲劳部位的等效应力范围和年疲劳损伤系数的概率分布,并给出桥梁局部疲劳损伤系数与列车编组的关系式;最后分析不同列车类型和行车速度条件对桥梁疲劳损伤的影响。研究结论:(1)在考虑参数随机概率分布的条件下,桥梁最不利疲劳部位的等效应力范围和年疲劳损伤系数均服从Lognormal分布;(2)当货运列车年运量一定时,列车轴重是桥梁局部损伤的主要影响因素,桥梁的疲劳损伤随轴重增加而增大;(3)在设计时速范围内,列车速度与桥梁疲劳损伤的相关性不强;(4)本研究成果可为重载铁路钢桁梁桥设计与疲劳性能评估提供参考。     

基于在线振动响应的桥梁损伤识别方法

选用桥梁单元的刚度下降率作为损伤因子.基于铁路列车-桥梁耦合振动模型,计算桥梁在线振动响应对损伤因子的灵敏度并构建灵敏度矩阵,以结构不同状态下的响应残差为约束条件建立灵敏度方程,用Tikhonov正则化方法求解灵敏度方程得到各单元的损伤因子,实现对桥梁损伤的定位和定量评估.应用该识别方法对简支梁桥和2跨连续梁桥的识别结果表明:该识别方法对测点位置不敏感.可根据梁上任意1个测点的响应准确确定损伤位置及损伤程度;不但能识别桥梁的绝对损伤,而且能识别桥梁的损伤增量,即相对损伤;抗噪能力较强,即使噪声水平达到10%,也能正确识别出5%以上的损伤,但对5%以下小幅损伤可能会有误判.     

CRTSⅠ型双块式无砟轨道轨枕连接面损伤行为分析及识别研究

双块式无砟轨道轨枕块与道床板连接面易发生脱粘损伤。为实现CRTSⅠ型双块式无砟轨道轨枕块和道床板连接面的脱粘损伤程度识别,利用内聚力模型建立含轨枕连接面损伤的有限元模型,施加列车动荷载激励,并基于小波包分解对不同损伤程度下的轨枕块与道床板的振动响应进行研究。结果表明:(1)轨枕连接面脱粘将显著提升轨枕块和道床板的振动响应,底面脱粘导致的振动响应更为显著;(2)通过小波包分解提取频带能量作为损伤特征指标,其频带能量增幅达到6%以上,可以识别损伤的程度;(3)随着轨枕连接面脱粘损坏程度的加深,轨枕块振动响应提升更为显著,应严格控制轨枕连接面脱粘程度。     

一座32 m铁路钢桁梁桥受损弦杆更换及运营性能分析

为研究简支钢桁梁桥弦杆更换过程中内力变化及传递规律,以大莱龙铁路辛沙公路1#桥为研究对象,对出现弦杆受损钢桁梁桥进行有限元仿真模拟分析和现场检测,掌握该桥梁的工作状态和受力特征.分5种工况对存在弦杆损伤的钢桁梁桥、弦杆更换过程中内力的传递及加固后桥梁状态进行了有限元分析.研究结果表明,被撞击的弦杆受损后已不能满足桥梁刚...     

空间薄壁结构应力测试与分析

研究目的:以焦柳线4 m×128 m连续钢桁梁桥荷载试验为依托,论述空间薄壁结构应力测试的理论和方法,在理论计算和试验数据的基础上,分析主桁杆件的受力性能、传力特点、应力状态以及次应力影响。研究结论:通过分析表明:钢桁梁桥的主桁杆件主要承受轴向力作用,受力性质与设计理论一致;桥梁的空间传力作用与杆件间的连接刚度、杆件的位置以及荷载的作用点有关,按杠杆原理简化计算2片主桁间的荷载分配是偏于安全的;按空间梁单元模型计算的下弦杆应力比平面模型计算应力小9.9%~16.4%,"桥检规"中按平面杆系模型计算统计的结构校验系数通常值仅具有参考意义;主力组合下各测试杆件的实际应力小于设计允许应力,并有一定的强度储备;杆件的次应力与节点板和杆件本身的刚度成正比。