基于模态参数和神经网络的桥梁损伤识别方法

由于人工神经网络具有强大的模式识别能力,近年来被广泛用于结构的损伤识别.神经网络输入参数的选择直接影响损伤识别的效果,利用结构振动模态分析理论,验证了结构损伤前后的模态柔度差和模态振型差均有对基准有限元建模误差不敏感的特性,建立了以上述两种指标作为神经网络输入参数进行结构损伤程度识别的方法,从而避免因基准有限元模型误差对神经网络训练数据的影响,提高识别准确性.32 m简支箱梁的数值模拟结果表明,训练好的神经网络可以准确地识别出结构损伤程度,并且讨论了测量误差对识别结果的影响.     

混凝土桥梁裂缝特性及其对结构固有振动的影响分析

详细介绍混凝土桥梁结构开裂理论、裂缝种类及其具体成因,研究混凝土桥梁裂缝损伤对结构动力特性的影响.采用单元刚度退降模拟结构裂缝,以简支梁、连续粱和拱分别模拟单一单元不同位置、不同程度损伤及不同结构长度损伤的情况,系统分析裂缝损伤对固有振动特性的影响.结果表明,不同位置处损伤对频率摄动的关系曲线与对应振型相似,但在固端约束及支承处的损伤对频率影响显著.损伤引起的频率摄动量的变化率随损伤程度的增大而缓慢增大.频率摄动量随损伤长度的增大而增大,当损伤长度增加的部分处于对应振型的峰值附近时,则频率摄动量的增大速率相对较大,反之则较小.单一单元损伤引起的振型变化很小,各类损伤前后的MAC值均在0.90以上.     

损伤梁动力特性的空间有限元分析

以钢筋混凝土梁为研究对象,基于Euler-Bernoulli梁理论和结构动力学理论,考虑混凝土的非线性本构关系,通过空间动力有限元分析,得到不同裂纹状态下梁的固有频率和模态振型,研究裂纹对简支梁振动响应的影响。研究结果表明:损伤结构动力特性对损伤的敏感性并不能简单地归结为对高频一定敏感,对低频一定不敏感,应视裂缝位置与振型节点关系而论。     

基于模态应变能法的梁桥结构损伤识别研究

基于模态应变能法的基本理论,得到适用于梁桥结构损伤识别的指标。以某连续梁桥为例,假定结构存在不同位置和不同程度的损伤,通过ANSYS软件进行有限元分析,得到结构前5阶模态;编制相应Matlab程序对该连续梁桥进行损伤识别。结果表明:基于模态应变能法构建的损伤指标能够准确地对损伤进行定位、定量。     

基于PolyMax模态参数识别法的轴装式制动盘模态试验

针对结构复杂的轴装式制动盘模态参数无法采用有限元法快速准确识别的问题,基于PolyMax模态参数识别原理,搭建制动盘模态试验系统;采用锤击法进行轴装式制动盘的模态试验,运用PolyMax法对采集的频响函数数据进行模态参数识别,提取制动盘前10阶模态、阻尼和振型参数,分析制动盘的模态特性和传感器附加质量对制动盘模态频率的影响。结果表明:传感器附加质量对制动盘结构模态频率无影响;制动盘振动模态形式主要有周向模态、径向模态和混合模态3种类型,在频率1 627 Hz附近存在频率几乎一致的重根模态,模态复杂性比较低,近似为实模态振型,满足循环对称结构的典型模态振型特征;PolyMax模态参数识别法能快速准确地识别轴装式制动盘的模态参数,可为制动盘动力学特性分析和结构优化设计提供基础。     

基于多体动力学和有限元法的车体结构疲劳寿命仿真

提出一种多体动力学仿真和有限元法相互结合进行结构疲劳寿命预测的方法,并以机车车体结构为例进行了疲劳寿命计算。利用SIMPACK的多体仿真技术获得车体结构的动载荷历程;在ANSYS中利用准静态应力/应变分析法计算结构危险节点应力影响因子;根据模态分析技术确定车体结构固有频率和模态振型以及危险点位置。最后,基于动应力历程以及Palmigren-Miner损伤理论,利用FE-FATIGUE软件的基于应力的结构安全因子分析法对车体结构进行疲劳寿命预测,其中包括应力应变的循环计数、损伤预测和最终寿命估计。     

基于时变刚度模型的悬臂梁损伤识别研究

考虑呼吸裂纹引起的损伤结构的非线性效应,提出裂纹悬臂梁的指数衰减时变刚度模型,分析结构瞬时频率与损伤位置和损伤程度的关系;利用中心差分法和Teager能量算子求解自由振动响应的瞬时频率;基于瞬时频率对结构的损伤识别进行探讨,建立损伤指标,识别结构的损伤程度;考虑噪声对损伤指标的影响。研究结果表明：结构瞬时频率是损伤位置和损伤程度的二维函数,瞬时频率的波内调制验证了结构的非线性,表明时变刚度模型的合理性,损伤指标具有一定的抗噪性。     

基于模态应变能对高速转向架构架的动态性能研究

通过三维建模软件建立实体模型,然后导入到有限元软件ANSYS中进行模态分析,对比了自由状态和不同边界条件下的频率和振型,然后对实际线路上的构架进行了工作模态的测试并进行模态参数的识别。基于模态应变能的分析方法找出构架的薄弱位置,然后对其进行谐响应分析,得到薄弱位置处节点位移随频率变化的曲线,从而为进一步进行构架的动态响应分析以及结构的改进提供可靠依据。     

基于模态参数的工程结构损伤识别方法

介绍了结构故障诊断的技术手段以及应用振动诊断进行结构损伤识别的研究现状。应用有限元程序进行模态分析和频响分析,得到在不同损伤度的条件下轮对局部模态频率和振幅幅值的变化趋势。提出基于频率移动和模态振型变化来判断结构损伤。     

基于动力学特性的结构损伤识别研究进展

结构的健康监测和损伤识别技术对于分析结构的工作状态、评估结构的安全性具有重要的意义。近年来,工程结构损伤识别技术受到了广泛的关注。文章综述了目前国内外基于动力学特性的工程结构损伤识别理论研究与最新进展,内容包括固有频率、模态振型、曲率模态、应变模态、应变能变化、柔度变化等结构动态损伤识别技术。最后,展望了工程结构损伤识别技术研究的发展趋势。     

基于人工神经网络的混合梁斜拉桥智能诊断方法研究

研究目的:本文以天津市河北大街混合梁斜拉桥为工程背景,基于人工神经网络模型,提出适用于混合梁斜拉桥的分步识别方法,分别采用概率和径向基函数神经网络对子结构和钢主梁子结构局部构件进行损伤识别.此外还提出适用于钢主梁局部构件识别的动-静组合损伤指标,并建立相应的径向基函数网络模型,分别针对单损伤、双损伤和三损伤的不同损伤情况进行数值模拟.研究结论:识别结果表明:(1)本文所提出的分步识别方法具有较高的识别精度,网络识别速度快,适用于大型混合梁斜拉桥的智能诊断过程;(2)所提出的动-静组合损伤指标对混合梁斜拉桥的局部损伤识别也较为敏感;(3)单处损伤测试工况中,识别精度几乎高达100％;(4)在两处和三处损伤测试工况中,位置识别正确率分别达到82.61％和78.3％.     

新型大跨铁路应急钢桁梁稳定性研究

采用Ansys建立128 m新型大跨铁路应急钢桁梁的计算模型,系统分析不同工况和非线性因素作用下的结构稳定性,探讨列车荷载、风荷载、温度、初始缺陷、几何非线性和材料非线性等因素对结构稳定性的影响.结果表明:不同荷载组合形式和分布形式下,结构稳定系数和失稳模态不同,主力作用下最低线弹性稳定系数为8.093,失稳形式为局部...     

塔梁间纵向弹性约束对铁路斜拉桥动力特性及地震反应的影响

以某铁路斜拉桥为工程背景,研究了塔、梁间纵向弹性约束刚度取值对斜拉桥动力特性及主塔地震反应的影响.研究结果表明:纵向弹性约束对斜拉桥体系纵漂及主梁反对称竖弯振型影响较大.与漂浮体系相比,在弹性约束刚度的合理取值条件下,弹性约束使塔顶位移及塔身控制截面的弯矩有较大幅度的降低,但使部分塔身控制截面的剪力增大.     

侧向撞击作用下U形梁抗倾覆稳定性与失效模式

在对国内外相关规范关于桥梁抗倾覆稳定性计算方法与脱轨荷载调查分析的基础上,计算了U形梁在保持抗倾覆稳定性下的最大侧向碰撞荷载,对比了欧洲规范EN 1991-1-7:2006和TB 10002-2017《铁路桥涵设计规范》中U形梁的抗倾覆稳定性计算式。基于有限元分析方法对腹板侧向承载力进行仿真分析,明确了U形梁在侧向撞击作用下的失效模式。研究结果表明:2种规范计算得到的最大侧向碰撞荷载有所差异,但均大于3.5 MN;列车脱轨情况下的脱轨荷载模式和作用位置对U形梁抗倾覆稳定性的影响显著;U形梁跨中区域加载侧的底板和腹板在侧向位移加载模式下发生了大面积塑性损伤,腹板还发生了明显的侧向变形;U形梁在侧向撞击作用下的失效模式表现为腹板侧向承载力达到极限而发生破坏,通过拟静力分析确定U形梁腹板侧向极限承载力为1.5 MN,结构整体不会倾覆失稳。在设计和使用阶段应对U形梁腹板的损伤和承载力评估予以重点关注。     

悬索桥主缆初张力对成桥结构性能的影响

天津富民桥为单塔空间索面自锚式悬索桥,其主跨主缆由塔顶中点向两侧对称张开至桥面梁端两侧的锚碇,呈空间曲面状态。运用通用有限元分析软件ANSYS,对天津富民桥进行3种不同主缆空缆初张力条件下成桥过程的模拟计算,研究空间索面悬索桥主缆初张力对成桥结构性能的影响。研究结果表明:成桥时,主缆初张力越小,在结构自重作用下主梁底部应力、主缆张力也越小、主塔应力与锚碇应力也越小,主缆初张力的大小对成桥时吊索索力的大小及分布没有明显影响;在活荷载作用下,主缆初张力越小,悬索桥结构体系产生的主缆张力增量则越大,吊索索力增量也越大,即更多的荷载通过吊索传递到主缆,相应地主梁承担的荷载较小,主梁挠度、梁底纵桥向应力随主缆初张力的减小而变小。总之,主缆初张力越小,悬索桥结构体系的性能越佳。     

罕遇地震作用下高速铁路简支梁桥抗震性能分析

简支梁桥在高速铁路中占到了极高的比例,其抗震性能值得深入研究。结合西部高速铁路中典型的简支梁桥结构形式,建立不同墩高的高速铁路多跨简支梁桥的全桥空间分析模型,在模型中采用纤维单元模拟桥墩,并对固定支座锚固螺栓在罕遇地震作用下可能被剪断的力学特性予以适当的模拟,采用非线性时程方法分析高烈度地震区内该类桥梁在罕遇地震作用下的弹塑性地震响应,讨论该桥的损伤模式。分析结果表明:相比纵桥向地震作用,墩高20 m以内的高速铁路大跨度简支梁桥在横桥向地震作用下的桥墩损伤程度更大;整体看来桥墩具有较好的抗震性能,而合理控制支座锚固螺栓被剪断后主梁所产生的较大位移将成为铁路简支梁桥抗震设计中的重点。     

某磁浮大跨斜拉桥竖向刚度限值研究

以某磁浮轨道交通(40+80+228+228+80+40)m大跨钢箱梁斜拉桥为研究对象,采用有限元软件ANSYS和多体动力学软件UM分别建立桥梁和磁浮列车模型。基于车桥耦合振动方法,针对2列磁浮列车相向行驶并在主跨跨中交会的最不利情形,进行列车以不同速度通过桥梁时不同梁高下车桥系统的动力响应及磁浮大跨桥梁的竖向刚度限值研究。结果表明:磁浮列车的竖向动力响应随车速的增大而显著增大,时速从40 km增大到140 km时,列车竖向动力响应增幅达到120%以上;车体竖向加速度和Sperling指标不是桥梁结构刚度限值的控制因素;磁浮列车的悬浮间隙对梁体刚度变化较为敏感,随着梁体刚度逐步增大,悬浮间隙的波动变小,梁体挠跨比减小约25%,悬浮间隙波动减小幅度达35%,悬浮间隙可作为中低速磁浮大跨桥梁结构刚度限值的控制指标;梁体挠跨比1/3015可作为磁浮大跨桥梁的竖向刚度限值。     

轨道交通移动闭塞安全距离的仿真研究

介绍了轨道交通列车运行安全距离的概念,并对安全距离的影响因素进行了定性分析。结合移动闭塞条件下列车间最小追踪间隔模型,对移动闭塞中安全距离进行仿真研究。研究结果表明,安全距离是影响列车追踪间隔的主要因素,且在列车最高速度一定的情况下,列车最小追踪间隔时间随安全距离的增大而增大,基本呈线性关系。     

单线过渡为双线铁路梁式桥的曲线布置探讨

双线铁路梁式桥在位于单线逐渐过渡到双线的线路上时,其过渡段梁的曲线布置往往比较复杂。合理利用标准简支梁的适用条件,按线间距的大小调整过渡段的孔跨布置形式,对过渡段的每孔梁分别按梁端最大线间距等宽度布置,在不影响结构整体安全性的前提下,解决了单线至双线过渡段简支梁的曲线布置问题,避免了繁琐的曲线布置计算。     

南京长江大桥128 m钢桁梁上列车走行安全性分析

京沪线南京长江大桥128 m简支钢桁梁在提速货物列车通过时,其横向振幅很大,远远超过我国《铁路桥梁检定规范》规定的限值,涉及到该梁上列车走行的安全性。针对这一问题,运用桥上列车脱轨能量随机分析理论,对该梁上列车走行的安全性进行计算和分析,结果表明:当货物列车以不超过80 km/h速度通过该梁时,车桥系统横向振动是稳定的不会脱轨,列车走行安全性有保证。此结论符合现场实际情况,为该桥未采取限速措施提供了充分的理论依据。