基于在线动力响应的板梁桥铰接缝损伤评估方法

为了解决板梁桥铰接缝健康状态难以诊断的难题,以桥梁在车辆荷载作用下的动力响应频谱定义频谱形状差异性指数,并结合频率构造目标函数,提出了一种基于桥梁在线动力响应的铰接缝损伤定量评估方法。该方法以铰接缝横梁刚度整体下降程度作为损伤指数,通过基于L-M准则的有限元模型修正方法实现对装配式板梁桥铰接缝损伤的定位和定量分析。采用车-桥耦合振动分析方法计算桥梁的在线动力响应,并避开板梁桥1阶竖弯模态,选择包含桥梁横弯和扭转模态在内的频率段分析响应频谱形状差异性指数。数值分析了铰接缝损伤位置、损伤程度、主梁车辆横向随机位置、车辆速度和路面不平度等因素对铰接缝损伤识别结果的影响,并进一步分析了主梁和铰接缝同时存在损伤时的识别结果。研究结果表明:所提损伤评估方法抗噪能力强,损伤识别结果受车辆速度、车辆横桥向随机位置和路面不平度等因素的影响较小,识别结果较为准确;该方法对单个或多个位置铰接缝不同程度的损伤均可正确识别,误差较小,还可同时识别主梁和铰接缝损伤。对一座装配式板梁桥进行了现场试验分析,基于所提方法的板梁桥评估结果和桥梁现场情况相符,从而从应用角度证明了所提铰接缝损伤评估方法的准确性和可靠性。     

既有铁路桥墩健全度评估和试验方法研究

铁路桥梁检定部门主要依据《铁路桥梁检定规范》对铁路桥墩进行状态评估。由于桥墩在列车激励下的振幅随列车的种类、速度、轴重以及轨道不平顺状态的不同而变化,所以利用振幅指标难以定量判断桥墩的损伤。为此,通过理论分析、数值模拟计算、实验室试验和现场试验,对冲击振动试验法进行系统的研究,提出基于自振频率指标的桥墩健全度评估方法。主要研究内容如下。(1)从理论上给出推导冲击振动试验法的基本原理,编制冲击振动试验信号处理的计算机程序。(2)通过实验室试验和悬臂墩、简支梁、单墩桥梁体系、多墩多梁桥梁体系及空间桁梁模型等数…     

桥梁冲击系数理论研究和应用进展

为推动桥梁冲击系数理论和应用研究的进一步深入开展,从计算方法、理论与数值模拟、现场试验与测试3个方面系统梳理国内外公路、城市和铁路桥梁工程领域冲击系数（或动力系数）的研究进展,并探讨其不足和发展趋势。计算方法方面,从桥梁冲击系数的定义出发,详细阐述典型国家最新规范冲击系数表达式;理论与数值模拟方面,分析了车辆参数、桥梁参数、桥面不平整度（或轨道不平顺）等对桥梁冲击系数的影响;现场试验与测试方面,分别综述了冲击系数的测试方法、数据处理手段及相关试验研究成果。研究表明：各国公路与铁路桥梁规范的冲击系数（动力系数）多由试验统计回归得到,但计算公式各不相同,公路桥梁冲击系数表达式较为简洁,铁路桥梁冲击系数计算公式较为复杂;有限元技术以及车-桥耦合振动理论的发展使得结构动力响应的数值模拟和求解更加精确化和高效化;中小跨径桥梁的整体冲击系数及大跨径桥梁中吊杆、拉索等局部构件的冲击系数是研究重点;影响冲击系数的各因素之间存在交叉影响,需要对不同结构、不同效应及不同截面的冲击系数进行现场试验测试和概率统计分析;设计规范中的冲击系数值不宜作为实际桥梁动力使用性能的直接评价指标;需要建立冲击系数试验分析技术的标准;非接触、抗干扰、高精度是今后冲击系数测试技术的发展方向。     

基于模型修正的公路简支板梁桥荷载横向分布系数计算方法

为了使得理论计算的桥梁荷载横向分布系数与试验结果更加吻合，并且降低静载试验成本，在铰接板法基础上，提出一种基于模型修正技术的公路简支板梁桥荷载横向分布系数简化分析方法。该方法建立了一种可以考虑板间接缝剪切变形的简化分析模型，并推导了相应的静力和动力方程。针对简化模型的结构特点，提出了以待测桥梁动力试验测得的自振频率和桥梁跨中振型构造目标函数，以竖向弹簧刚度k、扭转弹簧刚度Ψ以及剪切弹簧刚度k_q为待识别参数的模型修正方法。通过提出的模型修正方法，得到实际状态下桥梁的主要参数，以简化模型的荷载横向分布系数影响线为基础，可计算各板梁的横向分布系数；验证了不考虑板梁间接缝剪切变形时，基于简化模型的横向分布系数分析结果与铰接板梁法相同，从而证明了所提简化模型和分析方法的可靠性。最后以一座桥梁为对象，进行了动力测试，识别了简化模型的物理参数。模型修正之后的模态频率和实测值吻合良好，同时振型之间的MAC（模态保证准则）系数也接近于1，从而表明利用所提的模型修正方法可以有效识别简化模型的物理参数，使理论模型和实际桥梁吻合。     

识别中低高度桥墩自振频率的冲击振动试验法

在分析既有频率识别方法的基础上,对利用冲击振动试验识别中低高度桥墩频率的方法进行研究.桥墩在白噪声冲击荷载作用下的速度响应频谱非常复杂,往往出现多个卓越频率,如果仅一个卓越频率对应180°相位角,则可明确判定其为桥墩的自振频率,其他卓越频率可能为相邻梁或桥墩的自振频率,可通过分析它们自身响应频谱的方法进行频率认定.如果出现桥墩响应频谱中多个卓越频率对应180°相位角的情况,需要结合相位曲线特征进行频率识别满足相位曲线连续横跨180°线的卓越频率是桥墩的自振频率,相位曲线在其后出现突降的卓越频率仍就是相邻梁或墩的干扰频率.用冲击振动试验法可以对桥墩响应频谱中的干扰频率进行鉴别,准确识别出中低高度桥墩的自振频率.     

基于小波能量熵的铁路简支钢桁梁桥损伤预警方法

以铁路简支钢桁梁桥为研究对象,将列车荷载简化为移动荷载列,对移动荷载作用下的结构响应进行离散小波变换,计算各层小波能量。利用小波能量熵对信号突变的敏感性,提出一种基于小波能量熵的桥梁损伤预警方法,并应用该方法对某下承式钢桁梁桥各种类型损伤预警工况进行分析,研究损伤程度、损伤位置和测点位置对预警效果的影响规律。结果表明:所提方法可对钢桁梁桥不同位置和程度损伤的出现时刻进行准确预警,具有较强的鲁棒性,且可较为完善地解决边界效应问题;损伤预警效果与损伤程度呈正相关,测点位置与损伤位置距离越近,损伤预警效果越明显。     

铁路简支梁桥下部结构加固效果定量评估方法

研究目的:长期以来,铁路部门一般采用频率和振幅等动力指标定性评估桥梁下部结构的加固效果,不能建立与加固设计静力学指标的联系,导致设计和检测工作的脱节。为解决这个难题,本文研究将动力检测模态参数转化为静力设计线刚度指标的优化识别模型修正方法,建立基于线刚度的加固效果定量评估准则和评估流程。研究结论:(1)以实测频率和振型为输入,采用模型修正方法可识别下部结构的线刚度;(2)可以利用识别线刚度提高系数对桥墩的加固效果进行分级;(3)对墩身横、纵向等比例加固时,纵向加固效果更加明显;对桩基础进行加桩处理时,横、纵向加固效果显著;采用地基处理加固方案时,横、纵向的加固效果基本相同;对桩基础进行加桩处理时,加固效果显著;(4)通过对某普速重载铁路桥墩加固前后分别进行现场动力测试,对其加固效果进行了评估,结果表明本文所提方法具有较好的应用效果;(5)该研究成果可为铁路桥梁下部结构养护和维修加固工作提供参考。     

基于车激响应的桥梁支座脱空病害识别方法研究

为快速、准确地评估铁路简支梁桥的支座健康状态,分析各影响因素对识别结果的影响,以刚体动力学和结构有限元法为基础建立了车桥耦合动力分析模型,提出了一种以频谱相似性指标构建目标函数、以模型修正方法为主要技术手段的桥梁支座脱空病害识别方法,并在此基础上以某高速铁路32m简支梁桥为工程背景,采用数值模拟和现场试验的方式对所提方法进行了验证。结果表明:该方法可实现支座脱空病害的定位和定量识别,且计算效率和精度均较高,虚假损伤很小;列车行车速度、轨道不平顺谱及列车编组等因素对支座脱空病害识别结果影响较小;现场试验的加速度频谱分析实测值与理论值在低频段吻合良好,各支座识别结果均大于支座刚度限值,支座未发生脱空病害,与支座实际状态一致。     

简支多片空心板梁桥模态试验研究

该文通过对205国道子牙新河北堤桥简支多片空心板梁桥进行冲击试验的实例,基于输出响应用随机子空间法进行了模态识别。模态试验结果表明:简支板梁桥的前3阶模态分别为纵向1阶竖弯、竖向扭转、横向竖弯和纵向2阶弯曲,与理论计算结果一致,可为相关的科研人员参考。     

变速移动荷载作用下简支梁的动力响应分析

以变速移动荷载模拟车辆变速过桥,建立车轮加弹簧—阻尼器—簧上质量和均布质量2种变速移动荷载下欧拉梁的动力分析模型,并推导其运动控制方程。运用数值分析,研究简支梁在不同上桥初速度和加速度的匀变速移动荷载作用下的动力响应。结果表明:荷载以不同的加速度变速过桥时,桥梁的跨中挠度时程和动力放大系数曲线与匀速过桥时相似;变速移动荷载对桥梁动力响应的影响与荷载上桥初速度、加速度以及桥梁跨度等因素有关;移动车辆荷载使梁发生极大动力响应的上桥初速度出现在若干速度点上,是不连续的;跨中挠度不随移动荷载加速度的变化单调变化;简支梁跨度越大,变速移动荷载对跨中挠度的影响越大。