基于应变能量函数的桥梁损伤识别方法

为了解决传统损伤识别方法在桥梁健康监测方面的不足,借助频响函数法损伤识别的理论基础,建立应变监测数据功率谱密度函数与桥上通行荷载集群的对应关系,进而提出应变能量函数的概念,并提出了应用应变能量函数进行结构损伤识别的理论方法。在大量分析车辆荷载作用下桥梁结构应变响应监测数据的基础上,结合桥梁结构振动理论、信号处理技术以及数据分析理论,对利用应变信号能量函数进行桥梁结构损伤评估进行验证。通过在桥梁关键部位安装一定数量的应变传感器和一套动态称重系统,以固定周期对时段内的各测点的应变能量函数进行求解,利用统计分析技术得到能量函数计算值的概率分布规律,基于监测系统的工作特征,研究制订了在线损伤识别评估的方法和流程。最后以青银线济南黄河大桥为例,采用数值仿真和实测数据对该方法的有效性进行验证。结果表明,该方法效率高,精度好,通用性强,能够实现随机车流下桥梁结构损伤实时在线识别评估。     

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。     

重载交通路段桥梁荷载效应的分析与研究

利用山西省多条重载交通道路实际交通状况现场调查结果,分析确定其车辆荷载分布的类型和统计参数。并以此为依据,采用蒙特卡洛方法模拟实际车辆荷载流,对不同跨径、不同结构形式的桥梁计算其荷载效应,确定出任意时点的荷载效应分布函数。从而得出设计基准期内车辆荷载效应的分布类型及统计参数,并与现行规范进行对比分析,总结出重载交通条件下车辆荷载标准。     

基于监测的拱桥吊杆车辆荷载效应模型

针对目前尚无拱桥吊杆车辆荷载效应概率模型的问题,利用监测数据研究建立了拱桥吊杆实际车辆荷载效应模型。介绍了某钢管混凝土拱桥吊杆车辆荷载效应监测系统的组成模块及各模块的功能,通过监测系统采集获得了579个吊杆实测车辆荷载效应监测数据。以所得监测数据为研究对象。采用统计方法,分析了吊杆实际车辆荷载效应截口分布类型;采用蒙特卡罗模拟法,分析了设计基准期内吊杆车辆荷载效应最大值分布类型。结果表明,拱桥吊杆车辆荷载效应截口分布服从对数正态分布;设计基准期内车辆荷载效应最大值服从广义极值分布;利用监测数据建立的吊杆车辆荷载效应模型可以较好地反映桥梁的实际车辆荷载情况。     

基于荷载试验和监测系统的某大跨度悬索桥结构状态评估

为进一步了解大跨度桥梁的结构状态,本文通过对桥梁荷载试验期间的监测系统实时监测数据、现场试验测量数据和大桥有限元模型模拟计算数据的对比挖掘分析,以定量化的形式通过与结构状态相关的参数指标,评估桥梁的结构状态。以国内某新建大跨悬索桥为例,通过安装的健康监测系统采集桥梁在静载试验条件下各控制截面的挠度、应变、振动等结构响应实时监测数据,计算桥梁挠度和应变特征值,采用频谱分析等方法计算大桥的模态参数,然后基于挠度、应变、模态参数的监测结果与现场试验测量结果、有限元模型计算结果的对比分析,并参照现场荷载试验评定方法,评估桥梁的结构状态。实验结果表明:监测系统时程数据可观测到明显的加载和卸载情况,监测系统运行良好,在试验荷载下桥梁处于弹性工作状态,整理受力状态良好,大桥结构整体刚度满足设计荷载的正常使用要求。作为新建桥梁,该评估结果还可作为桥梁的初始状态,作为后续评估桥梁结构状态和健康监测系统工作状况的参考基准。     

基于监测数据衰减响应模式提取的斜拉桥阻尼比特性分析

运营环境下桥梁受到的车辆荷载是非平稳的，不满足一般运营模态分析方法的基本假定，在桥梁阻尼比识别过程中可能引入较大误差。为了提升基于非平稳监测数据的桥梁阻尼比识别准确性，探究其变化规律，提出了一种基于衰减响应模式提取的桥梁阻尼比识别方法，从大量的识别结果中分析阻尼比在运营期间的统计特征及规律。该方法利用U-net卷积网络从桥梁的监测数据中提取出衰减响应数据，进而利用希尔伯特变换方法识别桥梁阻尼比。分析了一座独塔斜拉桥2年的监测数据，并识别了桥梁前2阶竖弯模态的阻尼比，统计了其在不同时段概率密度分布，分析了温度和交通荷载对阻尼比的影响规律。研究结果表明：所提方法可以从海量监测数据中有效提取出监测数据中的衰减响应；桥梁阻尼比分别与环境温度及交通荷载存在弱负相关和强正相关关系；桥梁阻尼比受车辆荷载影响显著，主要来源于摩擦耗能与车桥耦合效应，前2阶阻尼比平均值在车辆较少时分别为0.72%和0.58%,白天车流量较大时阻尼比平均值分别为1.05%和0.79%。     

混凝土梁桥应变监测分级预警阈值设定研究

为更好地利用健康监测数据对桥梁状态进行评估,以某在役桥梁为工程依托,通过对应变监测数据、温度数据的分析,得到应变-温度回归方程。采用监测应变值与回归方程计算值相减,得到可变荷载作用下的应变残差。将某时间段内应变残差的最大值与荷载试验最不利工况的应变监测变化值作为低、高级预警阈值。结果表明,温度变化与混凝土应变之间为线性强相关,监测应变值与回归方程计算值的残差主要由可变荷载引起,针对应变残差设定的分级预警,能够对结构进行有效预警。     

基于运营状态监测数据识别过桥车辆荷载

基于桥梁运营状态监测得到的应变历程数据,通过对测点影响线形状的较深入分析,建立了识别过桥车辆荷载的一种BWIM方法———“单峰锐度法”。结合实例的分析表明该方法能够较精确识别稀疏交通状态下车辆数量、大小、作用位置,并能推求影响线内多车作用下的荷载。     

混凝土桥梁应变监测的时变温度效应分离方法

温度对桥梁应变监测值的影响极大,往往使得荷载引起的应变响应湮没于应变的温度效应中。该文以北京市二环某连续梁桥的监测数据为背景,研究了一种从桥梁健康监测系统的应变监测值中实时分离温度效应的方法。根据对不同季节的温度及应变监测数据进行分析,提出采用时变多元线性拟合方法建立温度作用与应变之间关系的模型。该模型参数随时间动态变化,可长期使用,对在线监测系统中的应变监测值进行实时修正。分离温度效应后的应变仅由荷载作用产生,可用于桥梁结构的预警、荷载识别和安全评估。     

某多跨连续箱梁桥动力测试及舒适度评价

以某多跨连续箱梁桥为对象,利用试验车辆对桥梁施以动力荷载进行强迫振动试验,获得结构振动的振幅、动应变、动挠度及冲击系数;在此基础上结合脉动试验,识别桥梁结构的频率、阻尼比,基于Diekemann指标及Sperling指标评价其动力舒适度。结果表明,在测试荷载作用下,桥梁动应变很小;加载车速度为10~40km/h时,主桥试验跨冲击系数与车速相关性明显,各试验工况下结构的冲击系数为0.028~0.175,略大于设计值,桥面平顺性欠佳;结构实测频率与理论值的比值为1.11~1.25,主桥整体抗弯刚度符合理论预期。     

在役预应力混凝土连续小箱梁桥承载能力试验研究

通过某省道重载交通下预应力混凝土连续小箱梁桥的动静载试验,了解了此类桥梁在试验荷载作用下的实际受力状态与结构性能,检验桥跨结构的强度和刚度是否满足设计和规范要求。结果表明：在静力试验荷载下,第一联桥(3×30)m各控制断面的实测应力与挠度均大于理论计算值;桥梁结构不具有满足设计荷载的强度和刚度,承载能力不满足要求;正常车辆动荷载作用下,试验桥梁的实测冲击系数在正常范围以内。     

一种用于钢桁架桥的BWIM方法

通过在钢桁架桥上布置应变测点,进行动态应力监测,获得应变历程数据.利用滤波处理后的应力监测数据,采用BWIM(桥梁动态称重)方法,进行荷载反推,得到实际过桥车辆荷载.利用该方法对2座实桥进行荷载反推,所有过桥车辆全部识出,统计所得车重分布与实际车重分布符合较好.实践表明BWIM方法具有对交通干扰小、简单易行、采集数据全面、操作费用低等优点.该方法用于大跨连续钢桁架桥的交通荷载反推具有一定精度,可采集交通量、车重、车速、车头间距等多种信息.     

离散空间小波分析的环境荷载下桥梁的损伤识别

利用离散空间小波多分辨分析,分别探讨了匀速简谐汽车作用荷载和随机白噪声作用荷载(模拟汽车与风荷载的耦合)两种环境荷载作用下桥梁已有损伤位置的识别方法。建构了桥梁结构损伤定位的离散空间小波变换的理论模型,同时讨论了不同小波函数的选取及分解层次的确定方法。该方法仅需测量损伤后桥梁的位移或应变响应,不需损伤前后的结构特性,不影响交通。对原始输入的位移信号进行逐步差分前处理使得识别结果更准确。模拟试验表明,离散空间小波多分辨分析是识别环境荷载作用下桥梁损伤位置的准确可靠方法。     

动态交通荷载监测系统在桥梁工程中的应用

以某斜拉桥健康监测系统为基础,介绍了动态交通荷载监测系统的应用。通过动态交通荷载监测系统,得到特定情况下行驶车辆的出现及车辆的重量、车速、轴距、车辆类型以及有关车辆的其他参数。同时通过实际车辆荷载作用下桥梁结构响应与计算值的比对,得出桥梁结构实际承载能力情况,为今后该地区公路桥梁的运营提供真实的荷载依据,同时也为桥梁结构整体性能评价提供参考。     

车辆活载对预应力混凝土斜拉桥主梁变形长期影响的研究

桥梁下挠是评价其刚度的主要指标,也是评价桥梁健康状况的一个重要参数,对其长期实时监测,可以及时了解桥梁的健康状况。影响大跨径预应力混凝土斜拉桥主梁下挠的因素复杂,相互耦合,长期影响机理尚未完全掌握。因此,本研究对某预应力混凝土斜拉桥结构变形进行长期监测分析,从不同角度分析监测数据,总结车辆荷载对预应力混凝土斜拉桥主梁变形的影响规律。     

不封闭交通空心板梁桥通行大件运输车评估与监测方法研究

以沪杭高速大件车运输项目为背景,提出了既定路线下不封闭交通进行大件运输的思路。通过考虑分项系数、冲击系数和车辆横向布置等问题,提出通过对比荷载偶然组合效应和桥梁承载能力来确定不封闭交通情况下通行大件车的可能性。进一步研究了通行大件运输车对铰缝工作性能的影响,分析了横向板梁数量和不同跨径对于大件运输车荷载效应的影响,最后提出利用分布式铰缝在线监测系统对损坏铰缝进行监测和评估。     

基于随机车辆荷载的大跨悬索桥钢桥面板疲劳损伤评估方法

钢箱梁是大跨径桥梁常用的结构形式，其桥面板一般采用正交异性钢桥面板，在大量交通荷载反复作用下，正交异性钢桥面板易出现疲劳病害。现依托西堠门大桥的状态评估项目，基于桥梁结构健康监测系统中的动态称重系统监测数据，对实际运营车辆荷载进行概率拟合，然后基于随机车辆荷载法对正交异性钢桥面板关键疲劳细节进行疲劳损伤计算，为钢箱梁的养护管理决策提供相应的理论依据。研究表明：西堠门大桥正交异性钢桥面板的疲劳损伤和裂纹处于可控范围内。基于随机车辆荷载模型的钢桥面板疲劳状态评估方法，为西堠门大桥的钢桥面板疲劳养护提供指导，并为境内同类正交异性钢桥面板桥梁的疲劳评估提供借鉴。     

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ANSYS的钢-混凝土组合结构力学性能分析及荷载试验研究

钢-混凝土组合结构受力情况复杂,成桥质量难以控制和评价,本文以渭河大桥为工程背景,对其进行力学性能分析和荷载试验研究,评价其成桥质量和工作状态,为此类结构的建模和质量评价提供参考。首先建立桥梁上部结构有限元模型,绘制出内力包络图和影响线,确定测试断面、试验工况、加载位置及大小等试验参数,计算出各工况实际车辆荷载作用下各测点的挠度和应变值,将其与现场测试结果进行对比分析,其静载试验结果表明该桥在试验荷载作用下,表现出良好的弹性工作状态,结构的强度和刚度满足要求,钢-混结合段也起到了良好的纽带作用,达到了设计要求;动载试验结果表明结构的竖向动刚度满足要求,桥梁整体工作状态良好。     

基于空间小波分析的桥梁损伤识别

利用空间小波分析,探讨了静态荷载作用下桥梁已有损伤位置的识别方法。构建了桥梁结构损伤定位的连续、离散空间小波变换的理论模型,同时讨论了不同小波函数的选取及分解层次的确定方法。该方法仅需测量损伤后桥梁的位移或应变等响应,不需损伤前的结构特性,不影响交通。一处和多处不同损伤位置、不同损伤程度的工字梁仿真试验表明,空间小波变换是识别桥梁已有损伤位置最有潜力的方法。