斜拉桥损伤识别的模态柔度指标分析

结合斜拉桥结构，应用高精度三维有限元模型，对桥面损伤位置识别的模态柔度指标进行了研究。探讨了柔度指标的构造、模态参数的选取及其对计算精度的影响和对斜拉桥可能损伤情况的灵敏性与稳定性等。用于损伤识别的模态柔度指标在构造上可以克服实际应用上的不完全测量所带来的困难，对测点位置和数量均不做过强的约束。柔度指标的构造方式体现了振型与频率的综合特性，具有较好的灵敏性和稳定性。通过少量低阶模态参数就能够计算得到可靠的柔度指标，因此，为实际测量带来较大方便。     

应用移动质量法的结构损伤小波识别方法

为提高结构损伤识别的精度,充分发挥小波识别在特征提取、信号奇异性检测、信号降噪等方面的独特优势,提出采用移动质量多次检测法的结构损伤小波识别方法。该方法采用移动质量块在不同位置对桥梁进行多次测量,利用各次测量的频率值的变量来确定桥梁结构的其他模态参数,从而确定桥梁的局部单一和多处损伤情况。采用数值算例对该方法进行验证,结果显示,对简支梁的单一和多处损伤识别效果明显。     

基于神经网络技术的结构损伤检测

结构损伤会导致其振动频率的变化,因此测量结构振动频率可以判断结构是否存在损伤,同时,基于频率测量的结构损伤识别方法具有测试简便,精度较好的优点,在分析结构固有频率的基础上,把结构损伤识别问题分为损伤辨别、损伤定位、损伤程度标定3个子模块,对每个子模块用模态参数构造对损伤敏感的标识量,并作为特征参数输入到神经网络中实现损伤识别,将BP网络和频率相结合进行了矩形梁的损伤检测,计算分析结果表明,该方法在结构损伤检测中具有较好的识别效果,最后对神经网络方法在损伤检测中的发展前景作了展望.     

基于神经网络技术的结构损伤检测

结构损伤会导致其振动频率的变化，因此测量结构振动频率可以判断结构是否存在损伤，同时，基于频率测量的结构损伤识别方法具有测试简便，精度较好的优点。在分析结构固有频率的基础上，把结构损伤识别问题分为损伤辨别、损伤定位、损伤程度标定3个子模块，对每个子模块用模态参数构造对损伤敏感的标识量，并作为特征参数输入到神经网络中实现损伤识别。将BP网络和频率相结合进行了矩形梁的损伤检测，计算分析结果表明，该方法在结构损伤检测中具有较好的识别效果。最后对神经网络方法在损伤检测中的发展前景作了展望。     

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.     

基于模态安装位置比的斜拉索-阻尼器参数研究

为扩展常规斜拉索阻尼器优化理论的适用范围,针对高阶振型和阻尼器安装位置较高的情况,将安装位置比和斜拉索振型模态相结合,提出模态安装位置比的定义,代替常规的安装位置比,评估斜拉索安装阻尼器后的阻尼特性。并以某长江大桥为例,对其最长斜拉索的阻尼参数采用该方法进行分析。结果表明:随着振型阶次的增加,斜拉索的模态安装位置比呈先增大后减小的趋势,阻尼器安装位置为振型峰值时达到最大值0.5;随着振型阶次的增加,各阶模态对应的最大阻尼对数衰减率开始保持不变,当阻尼器安装位置超过振型峰值后,逐渐减小;基于模态安装位置比的阻尼器参数分析方法可以准确评估斜拉索安装阻尼器后的阻尼特性。     

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。     

基于柔度矩阵曲率差法识别结构损伤

提出利用柔度矩阵曲率差法研究结构的损伤识别,利用结构损伤前后的柔度矩阵分别求得各列的平均值,然后进行差分,并以其作为损伤识别的指标;以有限元分析含损伤结构的模态参数为基础,分别建立简支梁含有一处损伤、多处损伤、连续梁各跨和支座处含有一处损伤的ANSYS有限元模型,分析该方法识别结构损伤的效果。数值分析表明该方法仅需低阶模态参数即可准确简便地识别结构单处或多处损伤的位置;通过与已有的MF、MFC、RFD等损伤指标的数值模拟分析对比,显示了该指标的优越性。     

基于视频亚像素模板匹配算法的索力试验

针对索结构的索力测试，基于室内试验对比了计算机视觉方法和传统加速度传感器方法，探讨了计算机视觉方法的适用性。研究采用伺服静载锚固试验机张拉单根斜拉索钢绞线，简化模拟索张拉受力状态，通过相机摄影的非接触测量方法测量拉索动态响应，结合亚像素模板匹配算法识别拉索动态变形、基频和索力，并与传统的加速度传感器测试结果进行对比。研究结果表明，计算机视觉方法识别的拉索振动频谱峰值明显，基频识别结果与加速度传感器测试结果基本一致，索力识别结果与实测值相比最大误差不超过6%，具备开展实际结构索力测试的能力。     

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。     

CFRP拉索的非线性参数振动特性

建立了CFRP拉索的非线性参数振动模型，该模型考虑了拉索同时受梁端和塔端激励的状况，并考虑了索的垂度、大位移等引起的几何非线性；利用该模型，对相同条件下的CFRP拉索和钢拉索，采用数值方法分析了频率匹配比、拉索静拉力、激励幅值以及阻尼等因素对拉索参数振动特性的影响。研究结果表明，拉索振动的拍频、幅值与上述因素均有关，且CFRP拉索在参数振动发生几率、参数振动响应等方面优于钢拉索。     

泉州晋江大桥动力性能分析

以一座墩塔梁固结体系的独塔预应力混凝土斜拉宽桥——福建泉州晋江大桥为对象,根据实桥环境脉动试验和空间杆系有限元模型进行了主梁-主塔基本动力性能分析;采用振动法进行了斜拉索的固有频率和索力测试,并进行了拉索安全性能评价;根据实桥车辆强迫振动试验和考虑了路面平整度的桥梁与车辆相互作用的计算模型,分析了在移动车辆荷载作用下桥梁的动力特性,包括振动加速度计算和舒适性评价。研究结果表明,采用墩塔梁固结体系的晋江大桥面内振动频率较高,主跨或边跨均出现相互独立或影响较小的振动模态;斜拉索索力分布均匀,安全系数符合规范规定;在移动车辆荷载作用下,主梁竖向振动加速度较小,在设计行车速度下可保持较好的行车舒适性。     

基于群索索力域的斜拉桥结构性能状况评估

针对目前依据单根斜拉索索力值变化评估斜拉桥运营健康状态的不足,提出一种基于群索索力域映射斜拉桥性能状况的方法。该方法基于蒙特卡罗法模拟获得斜拉桥群索索力域,在实测索力与群索索力域间做相异度最小寻值,根据桥梁结构不同的极限状态定义评估阈值。以国内某已建24年的大跨径预应力混凝土斜拉桥为工程实例,基于近6年(2013~2018年)实测索力数据,依照提出的新评估方法与传统评估方法对主梁结构性能状态进行评估。结果表明:传统评估方法仅得出2013年单根索力变化幅值超限的结论;新评估方法得出2013年、2018年主梁跨中截面存在消压风险,需要持续跟踪关注。该方法可定量、直观地分析评估群索索力变化对桥梁结构受力状况的影响,为桥梁的科学管养决策提供依据。     

大跨度混凝土斜拉桥拆除方案设计

上海泖港大桥老桥为(85+200-85)m双塔双索面预应力混凝土斜拉桥,采用塔梁固结、塔墩分离的结构体系.随着航道等级提升,该桥桥下净空无法满足通航需求,且原结构损伤较为严重,对其进行拆除.考虑紧邻新建主桥、老桥斜拉索损伤等不利影响,提出一套以“先上后下、逆序拆除”为原则的拆除方案,依次对桥面系、主梁、斜拉索、桥塔和下...     

基于影响矩阵法的斜拉桥斜拉索合理初始张拉力分析

针对斜拉桥建模过程中斜拉索内力与设计成桥索力存在偏差的问题,为确定斜拉索合理的初始张拉力,提出基于影响矩阵法的斜拉索合理初始张拉力计算方法.该方法根据斜拉索张拉过程中其两端的位移和索力协调关系,构建一种影响矩阵,通过该矩阵计算斜拉索的合理初始张拉力.以某大跨度独塔斜拉桥为例,采用该方法计算斜拉索合理初始张拉力,并对比分...     

超千米级公铁两用斜拉桥斜拉索安装关键技术

沪通长江大桥主航道桥主跨1 092m,斜拉索采用双塔三索面、扇形密索体系,最长索长576.2m,最大索重83.5t,超长、超重斜拉索安装难度大。斜拉索采用先塔端挂设,再梁端牵引,最后塔端张拉的总体施工方案。短、中索采用常规的先塔端挂设后脱空展索的方式施工,长索采用斜拉索桥面整体运输及展索技术,按照先桥面展索后塔端挂设的步骤施工。短索采用卷扬机牵引系统完成斜拉索梁端牵引。中、长索采用梁端卷扬机快速牵引技术,加大卷扬机牵引力,将梁端锚杯向锚固位置牵引一段距离。中索、中跨长索梁端作业空间有限,采用钢绞线软牵引系统和梁端反压牵引技术完成梁端牵引;边跨长索采用常规的钢绞线软牵引系统完成梁端牵引。斜拉索张拉时,采用防扭转装置。为加快施工进度,29号墩斜拉索采用同步智能张拉系统,同步完成2层共12根斜拉索张拉。     

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。     

大跨度地锚式斜拉桥综合维护关键技术

郧县汉江大桥为主跨414 m的地锚式预应力混凝土双塔双索面斜拉桥,每塔两侧各布置50根斜拉索,跨中设置4个无轴力中间铰。该桥于1994年建成,2014年检测发现斜拉索破损严重,4个无轴力中间铰均出现一端卡死现象,主桥被评定为四类桥梁,需进行全桥综合维护。根据病害情况,先更换损坏严重的21根斜拉索;再按单塔对称、双塔反对称2根索同时更换的原则更换20~25号斜拉索;最后按双塔反对称4根索同时更换的原则更换1~19号斜拉索。全桥200根斜拉索更换后调整索力和梁体标高,采用拖拉法校正无轴力中间铰。无轴力中间铰校正后,在其端部和跨中断缝处安装监测系统,监测其工作状态。监测结果表明,无轴力中间铰能够纵向自由滑移,工作状态良好。     

正交异性钢板-薄层RPC组合桥面基本性能研究

为了解决正交异性钢桥面铺装层破损及钢桥面结构疲劳开裂2类病害问题,提出了一种新型正交异性钢板-薄层超高性能活性粉末混凝土（RPC）组合桥面结构体系。基于某大桥建立有限元模型,并对比计算了纯钢梁和组合桥面结构中桥梁主缆索力和桥面系应力状态;同时,开展了足尺条带模型静载试验。研究结果表明：采用新型钢-RPC组合桥面结构后,钢面板及纵肋中应力明显降低且最大降幅超过70%,而主缆索力几乎不增加;RPC层开裂前的拉应力可达42.7MPa,远高于其在实桥荷载作用下10.08MPa的拉应力;该新型钢-RPC组合桥面结构可提高桥面系的刚度,降低钢桥面结构中的应力,从而能够基本消除钢桥面疲劳开裂的风险。     

服役斜拉索疲劳状态的全场域在线实时监测与智慧感知

为了能对斜拉桥拉索的服役性能进行更为准确和及时的评估,提出了一套服役期拉索疲劳状态评估的全场域实时监测与智慧感知技术方案。该方案首先给出了基于拉索横向动刚度分析理论的拉索全场域、全应力时程的实时感知方法,其次利用Miner线性疲劳累计损伤理论评估拉索全场域的疲劳损伤状态;最后,将其应用于一座斜拉桥的拉索的振动监测信息处理上,证明了所建议的技术和方案可实现服役拉索疲劳状态的全场域实时监测和智慧感知。具体结论如下:在拉索疲劳应力幅的组成中,由外荷载引起的索端位移产生的索力变化所产生的应力占比最大,当拉索发生较大幅度振动时,振动附加索力变化产生的应力也不可忽略;通过对拉索疲劳应力幅的统计分析发现,与长索相比,短索对外荷载更加敏感,通常会引起更大和更频繁的索力变化,故在斜拉桥拉索疲劳分析中,应对短索给予更多的关注;在拉索疲劳损伤分析时,弯曲应力和腐蚀的影响非常显著,若要使拉索疲劳寿命的预测更接近实际工程情况,需要考虑弯曲应力和腐蚀的影响;在应力幅较大的区域,对应循环次数较少,但拉索疲劳损伤度较大,在应力幅较小的区域,虽然循环次数较多,但拉索的疲劳损伤度较小,所以,在疲劳分析中,拉索应力幅比循环次数更值得关注。