基于EEMD和ARMA算法的某大型斜拉桥的模态参数识别

识别桥梁结构模态参数是结构健康监测和振动控制等研究及工程实践中的一个重要环节。基于EEMD和ARMA算法的模态参数识别技术,利用EEMD分解对原始加速度信号进行分析,然后对所得的IMF进行信号重构。将重构的加速度信号作为ARMA算法的输入,进行模态参数识别,得到了某大桥的前6阶频率,并分析了每阶频率1d内的变化波动情况。通过对比分析每阶频率与实际值的差距,表明该识别方法能有效识别该斜拉桥频率。     

基于DAE和SVR的铁路桥梁损伤定位与识别技术

提出一种基于去噪自编码器和支持向量回归的铁路桥梁结构损伤识别方法,首先通过采集多点加速度信号合成二维加速度灰度图,该图包含了加速度响应的空间-时间信息,能够全面反映桥梁健康状况;然后通过采用DAE分析加速度灰度图,提取图像的深层特征,最后接入SVR实现损伤识别和损伤程度诊断。试验结果表明,所提出的损伤识别方法在定位和程度识别精度方面均优于现有技术,可应用于实际铁路桥梁的损伤识别中。     

盾构隧道-工作井节点振动台试验设计与分析

为研究盾构隧道-工作井节点地震响应特征,进行振动台模型试验。该试验几何相似比为1∶60,盾构隧道模型材料为聚乙烯,工作井模型采用尼龙材质进行3D打印技术制作;模型土采用砂与锯末按1∶2.5质量比混合配置;模型箱尺寸为10.0m×4.5m×1.5m的刚性箱。盾构隧道模型由衬砌环模型拼装而成,衬砌环模型纵向切槽模拟纵缝对管片横向刚度的弱化;通过环间卡扣式连接键模拟纵向螺栓,通过旋转模型拼装角度模拟管片错缝拼装。首先进行自由场模型试验,考虑不同地震动输入,得到模型土加速度响应;其次开展盾构隧道-工作井节点振动台模型试验,考虑不同地震动输入方向、不同地震动类型,得到隧道模型环缝张开量、加速度响应、环向应变等数据。研究结果表明:模型箱结构设计合理,边界条件满足要求,试验数据可靠;工作井模型和盾构隧道模型加速度响应频率成分相同,均受模型土控制,两者差异主要为加速度响应幅值不同;盾构隧道-工作井节点在地震作用下环缝张开量明显大于远离该节点的常规区段,前者为后者的1.6~4.5倍;地震动输入方向会导致区间段隧道模型环缝张开量明显变化,但对盾构隧道-工作井节点环缝张开量无显著影响;地震作用下盾构隧道-工作井节点会使工作井模型产生较大环向应变,但不会造成节点处盾构隧道模型环向变形增大。     

基于移动TMD加速度响应的桥梁损伤检测新方法研究

将TMD安装在一个可移动的装置上,利用TMD上的无线传感器记录其通过桥梁时的加速度时程曲线。通过对TMD加速度响应的分析对桥梁的损伤位置和损伤程度进行识别。对简支梁桥和移动TMD耦合系统建立有限元模型,对该识别方法进行数值模拟和参数分析,验证该方法识别桥梁单处损伤和多处损伤的可行性,结果与预期目标吻合。对不同路面粗糙度,TMD不同移动速度,移动TMD与桥梁的质量比和刚度指标比进行参数分析,为采用该方法对桥梁进行快速损伤检测的参数选取提供理论依据。     

内燃机活塞-缸套-活塞环系统工作状态的识别方法

提出了一种基于证据理论方法的内燃机活塞—缸套—活塞环系统工作状态的识别方法。通过搭建试验台架,从实车试验中获取曲轴箱压力信号和机身振动加速度信号;提取试验特征值,组建模型样本和试验样本,并运用证据理论信息融合方法对内燃机的工作状态进行识别。研究结果表明:应用证据理论信息融合方法融合曲轴箱压力信号和机身振动加速度信号,进而识别活塞—缸套—活塞环系统的工作状态这一方法有效、可行。     

基于纵向加速度的坡道识别方法

在动力学分析的基础上,提出一种基于纵向加速度的坡道识别方法。该方法利用实时发动机输出扭矩信号及实时车速信号根据动力学推导式计算道路坡度。模型仿真及道路试验结果表明,该方法无需增加额外传感器,具有低成本、简单、实用等特点,能够对坡道进行识别。     

基于曲率模态和小波系数差的损伤识别

针对单一方法对结构损伤识别不太敏感的缺陷,提出了结合曲率模态和小波分析的综合损伤识别方法。以损伤前后的曲率模态作为分析信号,进行离散小波变换,提取高阶频率系数。将高阶系数之差作为损伤指标,通过高频系数差值的奇异处可以识别损伤位置。经过对2跨连续梁的数值模拟,不仅能够识别1、2处损伤,还能识别支座附近的损伤。证实了此方法定位准确,易于识别的优点,并对一座2跨连续梁钢桥模型进行试验。     

初始损伤条件下地铁管片力学特性试验研究

为了解初始损伤对盾构隧道衬砌管片力学特性的影响,基于6组具有初始损伤的盾构隧道衬砌管片进行足尺试验研究。在考虑初始损伤位置以及初始损伤位置处钢筋有效面积减小等因素的情况下,对试件破坏过程、破坏模式、极限承载力、变形规律以及初始裂缝扩展机制进行了研究和分析。试验结果表明:初始损伤的存在对盾构隧道衬砌管片的极限承载能力影响不大,但对其正常使用功能影响很大;初始损伤位置处钢筋有效面积减小不仅影响盾构隧道衬砌管片的正常使用功能,更大大降低了其极限承载能力;增加轴力会削弱初始损伤对盾构隧道衬砌管片的不利影响;初始损伤在加载点比在跨中对盾构隧道衬砌管片更不利;初始裂缝基本沿径向或偏向跨中方向直线扩展。相关研究结果可为建立服役期间盾构隧道衬砌结构健康评估与预知理论、以及进一步开展损伤缺陷盾构隧道数值模拟和极限承载力分析提供借鉴和参考。     

深软场地盾构隧道横向地震反应分析

为了研究强震作用下深软地层盾构隧道的地震反应特性,以某海底盾构隧道为工程背景,选取不同的隧道横断面,采用弹性力学孔口问题解,分析了盾构隧道横向地震内力;分别采用反应位移法、反应加速度法对盾构隧道横向地震反应分析,并与动力时程分析结果进行对比。主要结论:圆形隧道结构的内力沿环向呈鹅蛋形分布,轴力和弯矩的最大值分别处于拱肩和拱脚位置;反应位移法和反应加速度法的计算结果差异很小,且两者的差异受地震动强度、频谱特性等因素的影响较小。     

基于支持向量机的钢筋混凝土桥梁损伤识别

为了克服现有方法存在的一些不足,提出基于小波包和支持向量机的混凝土桥梁损伤识别方法。采用小波包对环境振动下的信号进行分解,获得各个频带上的能量,该向量对损伤敏感,可以作为模型识别的输入向量。利用支持向量机强大的分类功能,提出根据频带能量建立支持向量机并进行损伤模式识别的方法。应用该方法对一座三跨连续梁桥进行了损伤识别分析。结果表明经过训练的支持向量机可以较准确地识别出损伤位置和程度。对小波频带能量进行主成分分析后建立的支持向量机会获得更好的识别效果。获得更精确的实际信号特征将进一步提高有限元模型精度和实际应用效果。     

基于迁移学习的桥墩结构损伤识别方法

提出一种深度学习的桥墩结构损伤识别方法,该方法通过迁移学习(TL)将源模型的权重和参数转移到目标模型上,加快深度模型的训练速度、提升模型损伤识别精度。使用连续小波变换将振动信号转换成时频图作为深度模型的输入,构建可识别砼结构损伤的深度模型,该模型的固定部分使用源模型的权重和参数,非固定部分的权重和参数使用新的数据训练得到;通过试验及仿真对该模型的有效性进行验证,试验方面使用砼桥梁在有损伤和无损伤时的振动信号,仿真采用ABAQUS/CAE建立砼塑性损伤识别模型(CDP)并采集振动信号;将文中方法与从零开始训练的深度卷积神经网络(CNN)及支持向量机(SVM)方法进行对比,文中方法在试验数据上的识别精度达99.1%,在仿真数据上的精度达100%,相对于传统识别方法,该方法可提高损伤识别精度和模型训练速度。     

考虑行波效应的盾构隧道多点振动台试验

为了研究长盾构隧道在考虑行波效应的地震动作用下的纵向响应规律,以上海沿江通道盾构隧道为原型,利用多功能振动台台阵系统,设计并完成了盾构隧道的多点振动台模型试验。鉴于长大盾构隧道工程规模和多点振动台试验系统的能力,试验几何相似比确定为1∶60;基于Buckingham-π定理以及量纲分析方法,确定了试验所需的土与结构的动力相似关系;为了模拟沿隧道纵向的行波输入,设计并制作了节段式模型箱,箱体总长22m,分为4个主动箱以及3个从动箱,箱体之间通过弹簧铰相连;以砂子和锯末按照一定质量比拌合来优化配置模型土,并通过室内三轴试验进行测试验证;考虑土-结构相对刚度相似比为控制指标,选取PE材料作为模型材料;根据刚度等效原理,设计并制作了盾构隧道的多尺度结构模型。试验以上海人工波为地震动输入,通过一系列工况的多点振动台试验模拟,得到了行波效应下盾构隧道模型结构的地震响应规律。试验测试数据包括行波效应下模型土和模型结构的加速度响应、隧道管环环缝的伸缩量响应等。对比分析了一致输入和行波输入下隧道结构的动力响应。试验结果表明:相比一致激励输入,行波效应会明显放大模型结构的加速度响应和环缝变形响应,从而对隧道抗震产生不利影响;地震动非一致激励应该在盾构隧道的纵向抗震设计中得到足够重视。     

盾构隧道联络横通道地震响应振动台试验

为探讨盾构隧道与联络横通道采用不同连接方式时的地震响应特性,基于考虑横向弯曲刚度有效率的等效刚度模型,采用4~28Hz的正弦拍波作为输入地震波,开展了几何相似比为1∶40的振动台模型试验,模型制作中将盾构隧道与联络横通道分别浇筑后采用不同刚度的材料进行粘接,以模拟盾构隧道与联络横通道的刚性连接方式和柔性连接方式,同时研究了地层和结构的加速度响应规律以及结构关键位置处的应变频谱特性。研究结果表明:地震动沿隧道横断面方向输入时,地层在竖直方向上加速度放大倍率随高度增加而增大;盾构隧道与横通道连接位置拱顶处的环向应变远小于纵向应变;盾构隧道与横通道连接位置拱脚处的主应变响应峰值最大;刚性连接下联络横通道对盾构隧道衬砌应变影响区域在3倍横通道横断面宽度范围左右;柔性连接可有效减小盾构隧道和联络横通道结构上各点的应变峰值,但不会改变其频谱特性;柔性连接可使联络横通道对盾构隧道衬砌应变影响范围减小至2倍横通道横断面宽度左右。     

基于深度学习和监测数据的桥梁损伤识别方法

为了挖掘桥梁健康监测数据蕴含的大量隐藏信息,以及改进传统结构损伤识别方法的不足之处,提出了基于桥梁监测数据的损伤识别方法。从有限元模拟数据和实际监测数据中分别提取加速度响应,并对原始数据进行了预处理。通过卷积神经网络和栈式自编码网络分别对明州大桥监测数据的可视化图像和时间序列进行识别,同时与浅层神经网络方法的识别正确率对比。结果表明:基于深度学习和监测数据的损伤识别方法不论是通过图像识别还是通过时间序列识别,都表现出优秀的性能:识别正确率达85%以上。与浅层神经网络相比,深度神经网络的损伤工况分类能力更强,识别正确率提高20%以上。     

盾构隧道结构设计模型综述

基于盾构隧道结构设计中常用的荷载－结构法,对盾构隧道的结构设计模型进行了全面归纳和总结,系统介绍了用于盾构隧道结构设计的结构模型及荷载模式,并分析了各模型的适用条件以及存在的问题。     

基于盾构掘进参数的孤石地层识别方法研究

为了在盾构掘进过程中准确识别孤石地层，保证施工安全，运用理论分析与工程数据验证，研究孤石地层识别方法。基于盾构掘进比能，结合主掘进参数，提出修正比能（SM），构建孤石地层SM识别模型及识别矩阵。运用BP神经网络技术，以实测掘进参数作为训练样本，建立孤石地层神经网络识别模型，具有极高的识别精度。利用盾构掘进数据对孤石地层识别方法进行工程验证。研究结果表明： 1) 修正比能法具有较强的容错能力、稳定性及特异性，识别效果优于掘进比能法； 2) 2组实测数据下，神经网络识别结果与识别矩阵的吻合率达到98.3%和98.8%； 3) 以修正比能法为基础，结合神经网络法作为辅助与参考对孤石地层进行双重识别，具有较好的工程实际意义。     

浅埋大直径盾构隧道衬砌的抗震计算方法适用性研究

浅埋大直径盾构隧道衬砌抗震性能攸关其自身及毗邻和交叉建筑物的安全性,抗震设计需要采取合理的抗震计算方法。文中建立了某外径12.4 m盾构隧道工程的平面应变有限元模型,采用动力时程分析法、反应位移法、反应加速度法和整体式反应位移法等抗震计算方法,对比分析砂土、粉质黏土等不同土层条件、90%～320%的隧道直径埋深时隧道衬砌结构的弯矩、剪力和轴力变化规律。结果表明,反应位移法和动力时程分析法的内力变化规律相似、计算值最接近,反应加速度法和整体式反应位移法的计算结果偏差较大。在隧道埋深浅、土层均匀的情况下,可采用反应位移法进行盾构隧道衬砌抗震设计。     

融合加速度与计算机视觉实测车致响应的梁桥损伤识别方法

基于结构振型相关参数的损伤识别方法对振型的空间分辨率具有较高要求。为了改进计算机视觉技术在桥梁结构全场振型提取和损伤识别方面的不足,同时充分利用SHM系统各类传感器采集的丰富数据,提出了一种基于计算机视觉和有限数量加速度传感器实测桥梁在移动荷载作用下响应的损伤识别方法。首先,通过理论推导研究了损伤前后任意边界条件单跨梁在移动集中力作用下的位移响应,并从理论角度分析了局部刚度损伤引发的结构位移响应和振型改变。在此基础上,提出了一种通过测量少量测点的计算机视觉位移和加速度响应,提取可表征结构真实状态的多阶高空间分辨率振型的方法,所得振型的空间分辨率取决于移动荷载速度和位移采样频率。根据所提取振型的特点,提出了一种多阶全场模态曲率面积差加权融合的结构损伤识别参数,该参数可以直接利用损伤前后该单元前后节点的模态转角求得。为了验证所提出的方法,开展了实验室简支梁模型在不同速度和大小的移动荷载作用下的多工况损伤识别试验。试验结果表明,所提出的方法可以通过计算机视觉和有限数量的加速度传感器实现模型梁全场振型提取,且该振型与测点加速度模态分析得出的结果相符,空间分辨率可达模型梁跨径的1/6 000～1...     

盾构隧道施工灾害风险评估系统研究

盾构隧道施工中存在诸多不可预见风险因素,盾构隧道灾害风险的分析与评估研究是灾害预防和紧急治理的有效手段之一。本文在分析盾构隧道施工期常见的15种典型灾害的特点基础上,引入基于风险值的风险分析模型和基于风险指标的风险评价模型,对盾构隧道施工期的灾害潜在损失进行了定量评价,得到了盾构隧道灾害风险的规律。然后运用得到的规律对盾构隧道的灾害风险进行了综合评价,并在此基础上开发了盾构隧道施工灾害风险评估系统。旨在为盾构隧道施工灾害风险控制提供参考。     

盾构隧道结构计算分析方法研究

为了应对盾构隧道因复杂赋存环境、多元结构形式及使用功能所面临的计算模型精细化、荷载取值合理化、计算模型精准化等高要求,通过调研盾构隧道结构分析方法的发展现状,综述了当前盾构隧道结构计算分析中荷载计算方法,并结合近10年来笔者所开展的相关研究工作对盾构隧道静、动力分析方法与计算模型进行了汇总和梳理。在盾构隧道荷载取值方面,阐述了深层空间水土荷载作用机理、施工阶段流固耦合效应以及岩质地层地震荷载合理取值等方面的问题及进展;在结构分析理论及模型方面,重点论述了盾构隧道整体化分析方法的内涵及思路、盾构隧道复杂接缝面力学行为、基于接头非线性抗弯刚度计算的结构分析方法以及结构整体受力特征及破坏模式的试验与实测手段验证三方面取得的成果;综述了以地层-结构组合体系反应位移法和纵向广义反应位移法为代表的盾构隧道横、纵向抗震分析方面的研究成果,并对盾构隧道结构分析中考虑耐久性因素的研究现状做了介绍。最后,针对大深度、高水压、特殊环境等盾构隧道工程的建设形势,展望了盾构隧道结构分析方法的发展趋势。