基于曲率模态的连续刚构桥损伤识别研究

损伤识别是大型桥梁综合监测系统的重要任务之一.从曲率模态的损伤识别方法入手,研究了曲率模态损伤指标.对某一连续刚构桥进行数值仿真分析,分别通过曲率模态差和曲率模态比进行了损伤位置和损伤程度的识别,识别效果较好.     

利用光纤应变传感器通过振动监测对蒂尔夫桥进行损伤识别

介绍利用光纤应变传感器及加速度仪,对有着50多年桥龄的比利时蒂尔夫桥进行的环境振动测试。根据环境振动测试的结果,用随机子空间识别法确定桥梁的固有频率、阻尼比、模态位移和模态曲率;通过有限元模型修改,将所得到的模态参数用于桥梁损伤识别,并将识别结果与实际目测情况进行比较。     

混凝土曲线梁桥损伤识别干扰性分析研究

目前桥梁损伤识别主要采用曲率模态分析、振型曲率变化指标、结构固有频率变化、能量变化等方法理论,其中曲率模态分析法应用广泛,识别效果好。但是对桥梁结构同时存在多处不同程度损伤的识别效果并不理想;非结构损伤因素导致结构刚度变化对其识别结果的干扰性亦值得探讨。本文在基于曲率模态绝对差值理论的基础上,分析多处损伤识别的相互干扰性和非结构损伤因素导致结构刚度变化的干扰性,对该方法进一步优化完善。以云南大保高速某特大桥为依托工程,建立空间有限元模型,对该桥的损伤进行模拟分析。研究表明按模态振型幅值大小来优化损伤识别区段可以有效排除其干扰性,提高识别结果的准确性和可靠性。     

环境激励下桥梁结构模态识别与损伤检测的新方法

已有的环境激励下模态参数识别的方法对模态频率的识别精度相对较高,而对位移模态的识别则误差较大。本文提出一种利用移动质量块在不同位置时对桥梁的模态频率进行多次测量,用各次测得的频率值确定位移模态的新方法,使得位移模态识别的精度接近频率识别的精度,推导了频率与位移模态关系的理论公式,并给出利用以曲率形式表示的单元模态应变能对结构进行损伤标定的基本方法。最后,通过数值模拟对该方法的有效性进行说明。     

基于EfI法的桥梁模态测试中传感器优化布置

为确定大跨刚性桁架柔性拱桥传感器的最优布置位置,采用ANSYS软件建立全桥有限元模型,分析其动力性能,以模态向量矩阵和有效独立法为准则,在MATLAB环境下开发了三维加速度传感器优化布置工具箱,用于刚性桁架柔性拱桥的传感器优化布置,同时,对桥梁结构模型进行模态试验验证传感器布置方案的合理性.研究结果表明,所选传感器位置能够较好地拟合出桥梁振型,基于EfI的传感器优化布置工具箱对大跨刚性桁架柔性拱桥传感器布置是行之有效的.     

桥梁结构的损伤现代检测与评估

基于结构振动理论和系统识别技术的桥梁健康监测系统已显示出了良好的发展前景．本文对桥梁结构损伤检测与评估技术中的热点问题进行了评述．包括传感器的优化布置、桥梁损伤识别方法、环境激励下的系统响应识别、专家系统等,并介绍了一些实例。     

基于模态分析理论和神经网络的斜拉桥拉索损伤识别研究

将振动模态分析和神经网络技术结合起来,以振动模态构造的损伤标识量作为神经网络识别输入的特征参数,进行结构健康监测。根据云阳长江公路大桥设计资料,考虑桥梁拉索结构的单构件损伤、2个构件损伤、3个构件损伤3类损伤工况,分别采用了模态频率、位移振型模态、曲率模态3种指标作为神经网络的输入参数,共建立9个BP神经网络模型进行了桥梁损伤识别的研究。研究结果表明基于振动模态分析理论和BP神经网络的桥梁损伤识别方法可用于识别斜拉桥拉索结构的损伤位置和损伤程度。     

曲率模态和神经网络在损伤识别中的应用

以连续梁为例，通过曲率模态及改进后的模态置信准则联合确定损伤位置，并使用神经网络判定各损伤处的损伤程度。数值模拟考虑了梁不同位置及不同程度损伤情况，研究了运用曲率模态和模态置信准则进行损伤和损伤位置的识别，分析了各自方法的优缺点，通过两种方法的联合运用，使损伤位置识别准确、合理，并且说明了1阶曲率模态的局部参数是损伤程度识别较优的网络输入量，最后运用神经网络识别损伤程度。     

基于均匀荷载面曲率差与模糊隶属度的简支梁损伤识别方法研究

桥梁结构在运营过程中受到外界环境、车辆荷载与自然灾害的影响,不可避免地出现材料性能退化与结构损伤,及时、有效地识别桥梁结构既有损伤,对保障桥梁运营安全具有重要意义。针对现有损伤识别方法准确性低、计算繁琐等不足,以简支梁为研究对象,提出了简支梁两阶段损伤识别方法。首先,采用模态分析提取简支梁前三阶竖向振动模态频率与振型,构建均匀荷载面曲率差进行损伤定位;其次,以典型损伤状态下的均匀荷载面曲率差作为损伤等级中心,计算测试工况均匀荷载面曲率差到损伤等级中心的隶属度,利用模糊隶属度判定测试工况的损伤等级。简支梁数值模型损伤识别结果表明,提出的两阶段损伤识别方法能够有效识别简支梁损伤,具有较高的准确性。     

径向基网络在简支梁损伤识别中的应用

对简支梁进行了损伤分析,研究了不同损伤工况下的频率变化率和模态振型曲率变化,并采用径向基神经网络对结构进行了损伤识别研究,研究中采用了三种方案:仅利用频率变化率;仅用第1阶模态曲率变化;综合使用前3阶频率变化率和模态曲率变化.结果表明,基于动力参数和径向基神经网络的结构损伤识别方法能够准确地识别结构的损伤程度,神经网络...     

融合加速度与计算机视觉实测车致响应的梁桥损伤识别方法

基于结构振型相关参数的损伤识别方法对振型的空间分辨率具有较高要求。为了改进计算机视觉技术在桥梁结构全场振型提取和损伤识别方面的不足,同时充分利用SHM系统各类传感器采集的丰富数据,提出了一种基于计算机视觉和有限数量加速度传感器实测桥梁在移动荷载作用下响应的损伤识别方法。首先,通过理论推导研究了损伤前后任意边界条件单跨梁在移动集中力作用下的位移响应,并从理论角度分析了局部刚度损伤引发的结构位移响应和振型改变。在此基础上,提出了一种通过测量少量测点的计算机视觉位移和加速度响应,提取可表征结构真实状态的多阶高空间分辨率振型的方法,所得振型的空间分辨率取决于移动荷载速度和位移采样频率。根据所提取振型的特点,提出了一种多阶全场模态曲率面积差加权融合的结构损伤识别参数,该参数可以直接利用损伤前后该单元前后节点的模态转角求得。为了验证所提出的方法,开展了实验室简支梁模型在不同速度和大小的移动荷载作用下的多工况损伤识别试验。试验结果表明,所提出的方法可以通过计算机视觉和有限数量的加速度传感器实现模型梁全场振型提取,且该振型与测点加速度模态分析得出的结果相符,空间分辨率可达模型梁跨径的1/6 000～1...     

曲率模态法在水泥混凝土路面板脱空检测中的应用

以水泥混凝土路面板为研究对象，应用有限元软件MSC．PATRAN将其模拟为四边简支矩形板模型，并对其进行实体单元划分，模拟了不同板下支撑方式（边界条件）下实际路面中发生较频繁的各类脱空状况，进行有限元分析，在实验室制作相对应的各类脱空模型板，采用多点激励单点采集方式进行模态试验，由定量化激振器进行激励，加速度传感器采集在同等激励下的响应。通过对有限元分析及室内试验结果分析可知：应用曲率模态方法可以对水泥混凝土路面板脱空边界进行识别，确定脱空范围，但要实现精确识别区域需要加密测点，在实际应用中有待进一步优化。     

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。     

基于稳定图解析的桥梁模态参数全自动识别

桥梁模态参数识别是桥梁智能监测的重要内容,传统桥梁模态参数识别方法需要人工干预,不适合连续监测,且在传感器较少时可能失效。为解决该问题,提出改进的稳定图解析方法,实现桥梁模态参数全自动识别。首先,提出模态相似指标(Modal Similarity Criterion, MSC)度量模态相似性,解决传统模态置信度指标在传感器较少时可能失效的问题;然后,提出新的稳定图自动清洗方法,剔除稳定图中的大量虚假模态,同时提出改进的层次聚类算法自动解析清洗的稳定图,实现模态参数自动识别;最后,将提出的方法应用于一座斜拉桥和一座具有密集模态的连续梁桥Benchmark,并在极端传感器布置工况下验证所提方法辨别密集模态的可行性。结果表明：即使在发生振型空间混叠时,提出的MSC指标仍能有效辨别不同模态;提出的稳定图自动清洗和自动解析方法不需要任何人工设定的阈值,能够自动剔除虚假模态并得到准确的模态识别结果,同时能够准确识别发生振型空间混叠的密集模态。提出的自动识别方法不受结构刚度和加速度传感器布置位置和数量的限制,能够统一地应用于具有不同刚度和不同传感器布置工况的跨海桥梁集群监测。     

运营状态下杨浦大桥模态试验与状态评估方法研究

利用频域一空间域分解法,建立桥梁运行模态识别方法.该方法对桥梁在实际运行状态下车辆激励的响应测量数据进行无偏功率谱估计;然后采用奇异值分解技术,将随机响应数据空间分解成信号和噪声2个子空间,得出模态指示函数;并利用空间模态滤波技术分离出单一模态,准确识别出桥梁结构的模态参数.通过对杨浦大桥进行动力试验,测试桥梁在环境激励下的振动信息,采用该方法分析得到桥梁结构的动力参数,并与有限元计算结果相对比,有效实现了对桥梁结构整体状态和工作性能的评估.     

大跨度组合体系拱桥模态试验方法的研究

佛山东平大桥是一座主跨300 m的组合体系拱桥,包括主拱与副拱的组合、主拱与刚性系杆的组合和主跨拱结构与边跨连续梁的组合,该桥的模态试验与一般拱桥的模态试验相比难度较大.该文以该桥为背景,应用基于固定参考点移动测点的环境激励桥梁模态试验方法(UINO法),获得了该桥的环境振动响应,在此基础上利用互功率谱法识别得到了该桥振动的模态频率、阻尼及振型,并与三维有限元模型计算结果进行了比较,二者吻合良好.结果表明,基于固定参考点移动测点的环境激励桥梁模态试验方法(UINO法)有效地解决了大跨度组合体系拱桥模态试验难题,且具有较高的实测精度.模态试验结果可作为该桥的有限元模型修正、损伤检测、使用状态评估和健康监测的基础.     

基于曲率模态振型进行梁式桥损伤识别研究

以刚架桥为具体研究对象,根据曲率模态振型,对刚架桥的损伤识别进行数值仿真研究。利用刚架桥损伤前后的曲率模态振型变化对刚架桥的损伤进行定位识别,探讨曲率模态振型用于刚架桥在不同损伤情况,以及不同损伤程度下的损伤识别诊断能力。数值仿真结果表明,曲率模态振型是梁式桥结构损伤识别的敏感标示量,可以对刚架桥的损伤进行识别。     

一种基于灵敏度矩阵进行桥梁损伤识别的方法

重点研究了一种基于灵敏度矩阵对桥梁进行损伤识别的方法。基于振动分析的矩阵摄动理论,首先讨论了求取模态参数对结构物理参数灵敏度矩阵的方法,形成灵敏度矩阵的过程中避免了偏微分计算;基于灵敏度矩阵,建立了桥梁的损伤识别模型,并给出了此模型具体的求解方法;然后利用Guyan缩减的方法来缩减结构的模态自由度,保证了在进行损伤识别的过程中利用较少的模态参数,进而提高了方法的实用性;最后把所述方法应用于三跨预应力混凝土连续箱梁桥的实际损伤诊断工程。结果表明,利用所述方法进行预应力混凝土连续梁桥的损伤识别是有效的。     

基于结构模态损伤识别问题的研究

损伤识别是结构健康监测的关键技术,基于频率和振型等结构模态信息是结构在线损伤识别的主要手段。通过数值计算,分析研究了基于频率和振型的损伤识别过程中的若干问题,指出基于频率和振型的损伤识别在理论上的可行性,但在考虑误差的情况下,仅基于频率的损伤识别是不可靠的,基于振型的损伤识别也受到了很大限制,这与许多学者的结论是一致的,同时也从另一个角度说明基于结构模态信息的损伤识别亟待有效的传感器优化布置办法,从经验上对传感器布置进行初步优化,并用算例检验其可行性。