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。     

基于图像识别的非接触式索力测试系统的研究

为有效提升振动频率法索力测试的效率与精度，简化测量流程并降低测量成本，提出了一种基于图像识别的非接触式索力测试方法。首先，在拉索上粘贴标靶建立起斜拉索特征，利用手机等终端设备拍摄拉索振动视频，并通过视频数据分解获取拉索振动的图像序列；其次，基于改进的二值化与斑点检测算法对标靶进行识别跟踪，并通过形心拟合实现标靶精确定位，从而计算得到拉索振动时程曲线，经频谱分析后利用振动频率法计算得到拉索索力；最后，基于业务流程与实际需求，设计实现了基于图像识别的非接触式索力测试系统。通过实桥应用，证明了该系统可操作性强、测试精度高，易于在桥梁建设工程中推广。     

大跨斜拉桥悬臂施工期抗风措施性能实测研究

以在建的某座大桥为背景,对其"下拉索+TMD"的施工期抗风措施性能进行实测。在对抗风措施方案进行动力特性分析的基础上,通过东华动态信号测试分析系统和加速度传感器来获取实测数据,分别采用桥面吊车横桥向紧急制动和人工激励TMD两种方式来激励桥梁,使其产生横桥向振动,实测桥梁结构的横向振动频率和阻尼比;采用环境激励来测试主梁竖向振动响应,识别其竖向振动频率。通过对比实桥加抗风措施前后阻尼比及频率的变化来对大桥施工时抗风措施的减振效果进行评估。结果表明:"下拉索+TMD"的施工抗风措施对高墩大跨度斜拉桥悬臂施工期的风振控制效果明显,可有效降低桥梁结构风致振动响应。     

便携式无线索力测试系统研发及应用

为提高桥梁拉索索力的检测精度及效率,基于振动频率法开发了一种以智能手机为现场终端的高精度便携式无线索力测试系统。该系统将高性能微机电(MEMS)加速度芯片、信号调理模块、数模转换模块、无线wifi电子模块集成开发为信号采集器,频谱分析、索力计算及数据存储由智能手机上的索力测试APP完成,信号采集器与智能手机之间采用无线wifi通信。该系统提高了拉索振动信号的采集质量与信噪比,频率识别精度达到0.1%,具有实时频谱分析、拉索固有频率自动识别等特点,可完全满足桥梁拉索索力测量的工程技术要求,并通过工程应用证实了系统良好的高效性和实用性。     

基于动力刚度法与粒子群优化算法的拉索参数识别

拉索一般设置有一个或多个中间支承,其振动频率与索力对应关系不甚明确,基于动力刚度法与粒子群算法,对带有多个中间支承的拉索进行参数识别。将拉索视为无限自由度体系,导出精确的单元动力刚度矩阵,通过集成及求解得到总体动力刚度矩阵和频率方程,引入Wittrick-Williams算法求解拉索振动频率;根据拉索振动频率拟合的参数识别方法,将之转化为一优化问题,采用带变异算子的粒子群优化算法进行拉索参数识别。通过有限元仿真分析对带有两个中间弹性支承的两端固结拉索进行了算法的验证,并选取一座实桥的3根两端设置高阻尼橡胶减振器的典型拉索进行了参数识别。研究表明,对具复杂边界条件拉索,基于动力刚度法与粒子群优化算法的参数识别方法能够获得较好的索力测试精度。     

索承重大跨桥梁拉索的振动控制装置种类与性能

拉索是索承重大跨桥梁的重要承力部件；由于拉索质量轻，柔度大，阻尼小，在风的激励下，会发生强烈的振动，其中最为剧烈的是拉索的风雨激振。对此，结构工程师采取了各种措施来控制拉索的风致振动。迄今为止，在拉索上附加耗能减振装置仍然是索承重大跨桥梁拉索振动控制的主要手段。就目前国内外索承重大跨桥梁拉索的振动控制装置种类与性能进行比较和分析，指出它们的优缺点；并展望未来拉索振动的半主动控制和主动控制装置。     

激光测振仪在斜拉索索力检测中的应用研究

斜拉索是斜拉桥的重要受力构件,索力的大小直接关系到桥梁的受力性能和安全性能。快速、准确地识别索力对提高桥梁施工控制水平和运营管理具有重要意义,剖析了当前索力检测方法存在的问题,引入激光测振技术,介绍了激光测振仪(LDV)的工作原理,并同时采用激光测振仪和常规振动传感器对燕宏桥斜拉索进行测试。分别采用假定频阶法和平均频差法确定基频,对测试结果进行了对比。结果表明,LDV同振动传感器测试结果具有良好的一致性,采用低阶频率计算时两者方法最大相对误差为5.5%,采用高阶频率(3阶以上)或平均频差法计算索力时两者相对误差可控制在1%左右。激光测振技术属于远程测振技术,具有便携、快速、准确等特点,值得在工程应用中推广。     

不同斜拉索模型对多塔斜拉桥力学性能的影响

斜拉索由于其轻、柔的特点,经常在外部环境的影响下产生较大的振动,从而对桥梁的力学性能产生影响。以赤石大桥为工程背景,采用不同的斜拉索单元建立了不同的四塔斜拉桥整桥有限元模型,对桥梁的变形、频率、模态等力学性能进行了系统地研究。采用弦振动理论计算出了斜拉索的自振频率与ANSYS算出的索单独振动的频率进行了对比。结果表明,斜拉索采用BEAM3或者LINK1单元时计算出的索单独振动的频率与弦振动理论算出的频率吻合得非常好,短索所得计算结果相对于长索误差稍大。     

等值张拉时基于振动法的平行钢绞线索索力测试分析

采用振动法对杭埠河大桥平行钢绞线索进行了索力测试,分析了平行钢绞线索的离散性、垂度和区域性接触对索力测试的影响,采用逐步扩大法模拟平行钢绞线索的离散性。讨论了拉索自振频率的确定、面内面外振动的振动特性以及不同拾振器放置位置时的实测信号特征。基于有限元方法建立平行钢绞线索及钢绞线-HDPE套管接触耦合模型,进行了平行钢绞线索振动特性分析。结果表明:振动法可以用于平行钢绞线索索力测试,索力计算时应尽量采用低阶频率;钢绞线间的离散性和索力不均匀性对拉索振动影响较小,拉索面内振动受施工影响较大,钢绞线面外振动频谱特征更为明显,低阶振动分量较多且易识别,利用面外振动可以更好地确定拉索自振频率;考虑HDPE套管质量,修正拉索线密度可提高索力测量精度。     

基于数据驱动的斜拉索异常振动分析及预警

视频监控表明,某斜拉桥的斜拉索在2016年2月1日发生肉眼可见的异常振动。为了解异常振动发生期间,桥梁风环境及结构振动响应变化,对斜拉索异常振动期间的斜拉索、桥面和桥塔加速度、风环境进行了分析,计算获得了斜拉索振动加速度均方根、振动位移及均方根、斜拉索索力、桥梁结构模态参数,并分析了斜拉索振动与风环境的相关关系。分析结果表明,桥梁结构仍处于安全状态,并依据斜拉索振动监测数据,建议了斜拉索振动的监测预警阈值。     

频率法测定拉索索力的研究

叙述了频率法测定拉索索力的原理，以黄陵洞大桥钢管拱桥的索力的测试为研究背景,测试过程采用了SLDC桥梁索力动测及数据管理软件进行索力的测定,实际测定结果表明，用频率法测定索力简便可行。     

斜拉桥拉索振动及其减振措施

拉索是斜拉桥的关键构件,承受桥梁的全部荷载,在风(雨)等作用下容易产生大幅振动。该文介绍了拉索的常见振动及其振动机理,拉索振动控制措施与技术,对斜拉桥拉索振动与减振问题具有一定的参考作用。     

体外预应力索自由长度分析

转向块(锚固端)间的体外预应力索可能产生独立于梁的振动,若其频率与梁的固有频率接近,就可能发生共振。当频率相近时,改变梁的截面特性或体外索的正常使用应力都不是好的解决办法,而通过改变体外索的约束长度来改变其固有频率,在经济、效果及可行性方面,都不失为一个理想的方法。体外索的无侧向支承的自由长度不应过大,根据常见桥梁频率和我国钢绞线的使用情况,体外索可控制在12m之内,这样桥梁和体外索的自振频率就相互错开,也就避免了共振问题。     

刚性索自锚式悬索桥动力性能分析

平顶山市建设路立交桥主桥为刚性索自锚式悬索桥,运用MIDAS Civil有限元程序建立该桥的空间有限元计算模型,对其动力性能进行计算与分析。计算结果表明:该刚性索自锚式悬索桥的自振频率较大,竖向频率比横向和扭转频率小;桥塔的横向振型出现较早;主缆与吊杆刚性化能够有效提高桥梁结构的频率,特别是提高桥梁结构横向振动频率,控制索面的横向摆动;刚性索自锚式悬索桥与相同结构的柔性索自锚式悬索桥计算得到的桥梁振型基本一致,刚性索自锚式悬索桥振动频率比柔性索自锚式悬索桥频率有所提高。     

多塔斜拉桥加劲索涡激振动实测与时域解析模态分解

为研究多塔斜拉桥中塔加劲索涡激振动时域和频域特性，对多根加劲索开展了振动加速度测量和风速、风向观测，研究了加劲索振幅与风速和风向的关系，分析了加速度时程的时域和频域特征。采用解析模态分解法对加劲索涡激振动加速度时程进行了分解，分析了所得分量的时域和频谱特征。研究发现，在无雨和较低风速条件下，同侧并列加劲索仅迎风侧发生明显涡激振动，其峰值振动是以频率为6.25 Hz的第28阶模态主要参与为特征，为高阶多模态涡激振动，明显发振风速约为4~5 m·s^-1，风向接近垂直桥轴线，其面内振动明显大于面外。1^#加劲索面内涡激振动时程分解得到的3个相邻高阶频率时程分量显示，第28阶模态振动加速度随时间的变化，主导了加劲索振动加速度幅值的增大和减小。同时认为，解析模态分解法不仅能较好地分离含有多个密集频率分量的时域信号，且分解得到的分量不改变原信号分量的频率特征，分解分量再合成的信号与原信号时频特征完全一致。因而可采用解析模态分解法分解具有多个密集频率分量的柔性结构响应，能有助于工程结构风致响应的模态参数识别。     

平板网架加劲梁悬索桥的自振特性分析

利用空间网架结构刚度大而悬索结构刚度较低的特点,提出了采用网架结构代替常规悬索桥的加劲梁,构成平板网架加劲梁悬索桥。探讨了相应结构的受力特征,并以108国道陕西和山西交界的禹门口黄河公路120 m的悬索桥为背景,建立了整体结构的分析模型,利用ANSYS有限元软件对该结构体系进行自振特性的分析计算,得到了该桥型的横向、竖向、纵向、扭转以及耦合振动的频率和振型。分析结果表明,由于索、杆和空间网架结构的共同工作效应,使得这种体系的整体刚度好,抵抗变形能力强,动力性能优越。同时分析结果必将会为这种新型桥梁进一步的抗风、抗震等动力分析提供有益的参考。     

考虑粗糙度影响的桥梁损伤识别间接测量方法

基于间接测量技术，采用国际标准化组织建议的功率谱密度函数（PSD）模拟路面粗糙度等实际因素在车桥耦合模型中的影响，提出一种通过检测车辆在桥梁上运行，并利用安装在检测车辆上的传感器所得的动力响应信号来识别梁弯曲刚度，进而进行结构损伤识别的间接测量新方法。考虑到应用该新方法过程中路面粗糙度等实际因素易产生不利影响，提出利用车频及车辆阻尼比相同的2辆检测车位移信号相减的方法来消除路面粗糙度产生的影响。首先通过理论推导对该方法进行理论验证，接着采用数值模拟的方法分别对采用该方法消除路面粗糙度影响的可行性、桥梁损伤位置识别的可行性以及损伤程度识别的可行性进行验证，最后采用该方法进行实桥实测试验。研究结果表明：所提方法可以有效消除路面粗糙度等实际因素对间接测量技术的不利影响，可以有效地识别梁弯曲刚度，进而达到桥梁损伤识别的目的，有助于推动基于动力测试的间接测量技术在桥梁结构损伤识别工作中的实际应用。     

考虑振动装置影响的斜拉桥拉索索力评估方法研究

针对斜拉桥在运营过程中的实际索力标定问题,本文在原有的频谱法测试索力原理的基础上,通过考虑拉索减振器的位置,引入修正的等效索长,建立考虑减振器位置的斜拉桥索力测试方法。该方法既能满足索力测试过程中通过采集拉索振动基频便捷性,同时又能考虑拉索减振器布置带来的偏差影响,因此具有很好的理论意义和工程使用价值。最后,通过三水大桥的斜拉索实际索力测试,说明本文提出方法的适用性和工程实用价值。     

悬链线型斜拉索风雨激振模型及特性分析

斜拉索长度随斜拉桥跨度增大而增长，以抛物线型近似代替实际状态下拉索线型的误差也越来越大。考虑水线与拉索表面之间存在库仑阻尼力和黏滞线性阻尼力，建立了基于悬链线型考虑面内-外耦合振动的运动水线连续弹性拉索风雨激振理论模型，并推导出以各阶模态为坐标的拉索振动微分方程。以不同参数拉索为例，对拉索与水线的耦合运动微分方程组进行数值求解，并将计算结果与基于抛物线型的拉索风雨激振理论模型进行了比较。结果表明：在某些情况下，拉索采用悬链线型与抛物线型的计算结果在拉索振幅、参振模态、空间振动形态、振动频率、拉索与水线相位差以及水线的振动频率上有很大差异；垂度影响系数对拉索低阶模态有较大影响，抛物线型垂度影响系数大约是悬链线型的一半；采用悬链线型建立的拉索风雨激振理论模型得到的拉索各阶模态的自振频率比采用抛物线型模型的计算结果要高，模态阶数越低，自振频率差距越明显。     

1400 m斜拉桥方案颤振临界状态拍振现象分析

1400 m 斜拉桥方案全桥气弹模型试验过程中,其在颤振临界状态下出现了拍振现象,这种振动在其他跨径较小桥梁中较少发生。为探究其发生机制,证明其存在的合理性,首先对气弹模型动力特性展开分析,结果显示其模态分布更为密集,每两阶模态之间的频率间隔更为狭小,这些都增加了拍振发生的可能性。进一步的理论分析则表明,与苏通大桥相比,1400 m 斜拉桥方案有着更为复杂的结构动力特性,在颤振临界频率附近存在着能与之发生牵连运动的振型参与进来,从而最终发生了拍振。