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。     

基于应力波频谱图的护栏金属立柱埋深检测法

护栏是公路上最重要的安全设施，金属地埋立柱是其主要承重部位，其埋深直接决定了发生事故时护栏的安全防护作用。应力波反射法作为一种无损检测技术，被广泛应用于结构的尺寸和完整性检测中，而传统应力波反射周期往往依靠人工经验提取。为增加测量的准确性，减小人为因素的影响，提出一种基于图像处理的应力波反射周期提取方法。首先，对采集的反射周期信号进行小波去噪，多重自相关和短时傅里叶变换，得到时频图；然后，对时频图进行边缘检测、二值滤波和列像素平均统计；最后，利用快速傅里叶变换提取统计信号的主频率，再通过主频即可计算相应的应力波反射周期。为验证该方法的有效性，设计了实验模型，并建立了金属地埋桩实验测量平台。实验结果表明，该方法能自动提取应力波反射周期，进而测量金属地埋桩的长度与埋深，测量平均误差小于5%。     

钢管混凝土拱桥吊杆索力测试与有限元分析

桂林石家渡漓江大桥是一座中承式钢管混凝土拱桥,文中采用环境随机振动法对该桥成桥恒载下的吊杆索力进行测定,并运用索力分析理论和有限元法计算吊杆索力,通过比较分析,结果表明该桥的吊杆索力满足设计要求。在建模分析及吊杆索力计算时就如何考虑锚固形式、计算长度和刚度的影响进行了介绍,具有一定的借鉴意义。     

虚拟激励法及其在汽车随机振动应用中的探讨

论述了虚拟激励法,为探讨其应用于汽车随机振动的可行性,构造了虚拟路面激励。以1/4汽车单自由度振动系统为对象,由虚拟激励法推导出系统和振动响应量的频率响应特性,提出了求取系统振动响应量功率谱密度的新方法,给出了应用虚拟激励法求解汽车随机振动的计算实例。结果表明,虚拟激励法是比傅里叶分析方法更为简便的时频研究方法。     

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。     

某钢桁架悬索桥的病害检测与分析

以某病害较严重的钢桁架悬索桥为工程案例,重点介绍了对主缆及钢桁架加劲梁变形的测量及数据对比分析结果,以及重要构件锈蚀状况的检测结果。数据对比分析中,采用了频率法和千斤顶法对吊杆索力进行测量及修正,并利用空间节点平衡理论计算出主缆各段索力,结果表明,主缆、主桁架的空间变形与主缆及吊杆索力之间存在一定的关联性。此外,对频率法检测索力的局限性及适用性进行了总结,并依据疲劳损伤度理论对吊杆进行了预期剩余使用寿命计算。结论中提及了该桥养护及维修加固需要特别考虑的问题,可为同类桥梁的检测、养护、管理工作提供参考依据。     

拉索振动的参数分析及测试系统研究

针对大跨桥梁健康监测的测试精度问题,基于实际工程中不同类型拉索的动力特性进行参数分析,采用数值计算作为不同类型拉索测试的动力分析方法,采用Lab VIEW作为开发平台,配合NI(美国国家仪器公司)相应的数据采集模块,构建一套可应用于现场快速完整测试的测试系统。系统内容主要包含数据信号处理(采样信息、滤波设置、测试构件所需参数)、数据信号(时域、频域、索力)显示及存储、频率索力关系修正,经数值拉索模型验证,完全满足工程测试精度要求。     

Reflex在发动机缸壁间隙检测中的应用

快速傅里叶变换FFT是离散傅里叶变换的一种快速算法,能克服时间域与频率域之间相互转换的计算障碍,将信号分析从时域引入到频域内分析,清晰地显示振动信号在特征频率处的幅值.检测汽车发动机缸壁间隙时,通过搭建实验台架,利用B＆K公司的Reflex软件中的FFT变换分析发动机缸壁表面的振动信号.试验表明,在不同的发动机缸壁间隙下,测得的振动信号的频谱图具有规律性.     

钢绞线式斜拉索施工阶段的索力测试

结合四川宜宾长江大桥的现场监控,阐述了钢绞线式斜拉索的特点及频率法测量钢绞线斜拉索索力的基本原理.通过对索力简化公式的修正,准确地测出了索力值,其精度满足工程要求.研究成果对该类斜拉索的索力监测具有指导意义.     

斜拉桥索力测量的可靠度研究

从概率分析的角度探讨频率法测量索力的精度.综合运用响应面-蒙特卡罗法,以及索力-频率对应关系的有限元及样条拟合方法,形成一种计算量少、计算精度高的频率法测量索力可靠度分析方法.该法可以考虑索结构参数和索实测频率变异性对频率法测量精度的影响.采用该法对广州珠江黄埔大桥北汊斜拉桥各施工阶段的索力测量进行可靠度分析,获得理想的结果,检验了方法的正确性与实用性,同时也为该桥索力测量提供概率意义下的精度信息.     

提高斜拉索索力估算精度的一种新方法

根据斜拉桥拉索振动的特点,建立了考虑垂度及斜度影响的振动微分方程,并利用奇异摄动解法进行求解。不仅考虑了索的刚度,而且将索的边界条件假定为简支和固支耦合的情况,在此基础上提出了频率法的索力计算实用公式。分析比较了目前国内外的其他主要计算公式,结果表明该公式具有高精度和计算方便的特点。将该实用计算公式用于南京长江三桥施工控制中,通过对实际斜拉索测试得到的各阶频率进行计算,并与设计索力和压力传感器得到的索力进行对比分析。计算表明该公式能够满足实际工程的需要,可广泛适用于频率法测估各种索类结构的内力。     

斜拉桥拉索减振阻尼器对拉索索力测量的影响研究

针对采用频率法测量拉索索力时拉索外加阻尼器对索力测量精度影响的问题,提出了考虑拉索垂度的拉索-阻尼器系统模态频率的分析方法,研究了阻尼器安装的相对高度、拉索的计算长度、阻尼系数等对拉索模态频率的影响程度和规律,获得了消除拉索减振阻尼器对索力测量精度影响的办法。研究表明,外加阻尼器对拉索低阶模态频率影响很大,采用高阶模态频率测量拉索索力时,索力测量能获得很好的精度。随着拉索-阻尼器系统相对安装长度和阻尼系数的增大,阻尼器对拉索模态频率的影响也越大,当阻尼系数增加到一定程度后,拉索的高阶模态频率基本与阻尼系数无穷大时的频率接近,阻尼器相当于固定支撑。以岳阳洞庭湖大桥A11号拉索为例,验证了该方法合理可行。     

超大跨度斜拉桥施工过程随机模拟分析

针对超大跨度斜拉桥由于悬臂施工过程中各种误差的累积可能使其恒载效应具有较强的随机特性,传统的确定性分析方法不能反映这一重要结构特性的问题,采用Monte Carlo法与有限元法相结合的随机模拟方法,将斜拉桥的梁段自重、张拉索力看成随机变量,进行主跨1 088 m的苏通大桥施工过程随机模拟,研究其恒载效应的频度、均值和标准差。研究表明:由于结构系统的变异性,使结构行为呈现一定的随机性;梁段自重、张拉索力变异对钢主梁斜拉桥恒载应力的影响不如对混凝土主梁斜拉桥那么明显,但其对恒载构形的影响不可忽略。     

MR阻尼器对斜拉索减振控制的数值仿真

为控制斜拉索的大幅振动,在Hamilton原理基础上应用Galerkin法建立了斜拉索振动控制的计算模型。通过改进形函数,采用四阶五级RK算法对钱江三桥南岸154 m长的斜拉索进行了现场试验的数值仿真。磁流变(MR)阻尼器力学关系采用由室内试验结果回归的非线性滞回双粘性数学模型,系统等效阻尼比通过希尔伯特变换识别。分析表明:数值仿真对现场试验具有很好的指导作用,同时能进一步验证现场试验的结果。MR阻尼器作为被动控制器件时制振效果明显,与最优油阻尼器控制效果相当且控制的频域范围要比油阻尼器的广;当供电失效时也可满足斜拉索减振的要求。斜拉索的各阶共振峰频率在安装MR阻尼器后略微增大。MR阻尼器在施加一合适的电压时可以发挥最佳的制振效果。     

基于改进尾流振子模型的超长拉索涡激振动特性数值研究

为了研究大跨度斜拉桥超长拉索在不同流场特性下的高阶多模态涡激振动问题，以牛顿定律为基础，建立了考虑张力变化以及垂度效应的拉索结构振子方程，引入改进的Van Der Pol式尾流振子模型，以加速度耦合两非线性振子，提出了一种简便的拉索涡激振动流固耦合预报模型；采用二阶中心差分法，对两振子方程在空间域和时间域进行离散迭代求解，编制了拉索涡激振动的MATLAB计算程序，并验证了其可靠性。该方法为研究拉索涡激振动提供了一种新思路，可解决风洞试验和数值软件（CFD）不便模拟大长细比拉索结构的问题。基于提出的预报模型，以1根330 m超长拉索为研究对象，分析了拉索多模态涡激振动特性，探讨了不同流场特性对拉索涡激振动的影响。研究结果表明：均匀流作用下，拉索发生涡激锁定现象，以单一模态发生振动，随着风速的增加，拉索涡激锁定区间增大而最大振幅不发生改变；剪切流作用下，拉索发生多模态涡激振动，位移响应呈现"拍"的特点，振动频率分布在Strouhal涡脱频率范围内，存在2个或3个主导频率，主导频率全程参与振动，非主导频率间歇参与振动；拉索多模态涡激振动位移响应表现为行波-驻波并存的状态，随着风剖面指数的增加，涡激振动行波效应显著。     

连续梁拱组合桥吊杆索力测试研究

该文对影响频率法测定梁拱组合体系桥梁吊杆索力精度的几个因素进行了分析。合理地确定吊杆拉索的有效计算长度,根据所测频率基于弦振动理论在考虑抗弯刚度影响下,所得到吊杆索力在一般情况下均具有相当精度,可以满足运营期间监测吊杆索力的需要。     

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。     

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。     

中、下承式拱桥吊索张力测定的振动法实用公式

考虑吊索弯曲刚度和两端固定边界条件的影响，引入参数简化吊索张力与其横向振动频率之间关系的超越方程，采用数值计算和曲线拟合的方法，推导出了考虑吊索弯曲刚度和吊索两端边界条件影响的，由吊索振动频率计算吊索张力的实用计算公式，并将该公式运用于下承式拱桥施工现场吊索张力的测定。通过与现场实测数据的比较表明：该公式具有较高的精度和一定的实用价值。     

大跨度系杆拱桥柔性吊杆张力监测和参数识别研究

研究了基于弦振动理论应用频率法进行大跨度系杆拱桥柔性吊杆张力测试的基本方法,尤其是对影响频率法测定吊杆张力精度的若干参数,如吊杆的边界条件、减振阻尼器及有效计算长度等进行了较理想的识别。文中推导了张力测试的实用公式,并通过现场张力标定,对上述若干参数进行有效识别,提高了张力测试精度并减少了识别工作量。实测结果表明,根据文中提供的参数识别方法进行参数识别后所得到的吊杆张力计算值大部分具有较高的监测精度,可以满足施工和运营期间监测吊杆张力的需要。