离散空间小波分析的环境荷载下桥梁的损伤识别

利用离散空间小波多分辨分析,分别探讨了匀速简谐汽车作用荷载和随机白噪声作用荷载(模拟汽车与风荷载的耦合)两种环境荷载作用下桥梁已有损伤位置的识别方法。建构了桥梁结构损伤定位的离散空间小波变换的理论模型,同时讨论了不同小波函数的选取及分解层次的确定方法。该方法仅需测量损伤后桥梁的位移或应变响应,不需损伤前后的结构特性,不影响交通。对原始输入的位移信号进行逐步差分前处理使得识别结果更准确。模拟试验表明,离散空间小波多分辨分析是识别环境荷载作用下桥梁损伤位置的准确可靠方法。     

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。     

移动荷载位置对梁裂缝识别的影响研究

利用小波分析方法对移动荷载作用下存在损伤的简支梁进行识别.通过减小弹性模量模拟存在的裂缝,然后分别提取不同时刻梁的各点位移信息和梁不同位置处某点位移随时间的变化曲线,利用Mexican Hat小波对采集的信号进行连续小波变换,讨论了荷载作用在不同位置时,损伤位置处的Lipschitz指数变化情况.同时还讨论了荷载以不同速度移动时对不同位置点处Lipschitz指数的影响和相向移动荷载对损伤识别作用的影响.     

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。     

基于BP神经网络的中等跨径桥梁损伤识别探讨

针对中等跨径桥梁中的损伤识别不敏感问题,运用BP神经网络进行中等跨径桥梁结构损伤识别。利用MIDAS/Civil分别建立三跨连续变截面箱梁完好及不同损伤状态下有限元模型,分析桥梁不同状态下的特征值,发现中等跨径桥梁对结构损伤的敏感性依次为振型竖向位移固有频率;将参数化的结构固有频率及振型作为BP神经网络的输入、损伤位置和损伤程度作为输出进行神经网络训练,对各工况下损伤位置和损伤程度进行识别,发现识别效果较差,通过获取中等跨径桥梁的自身特性,利用BP神经网络难以识别结构损伤,需探索合适的损伤识别参数及适用于中等跨径桥梁的方法。     

连续梁结构损伤识别的小波神经网络方法研究

以含损伤的连续梁结构为研究对象,研究了识别结构损伤位置和损伤程度的小波神经网络方法。通过有限元分析和Lanczos法计算得到损伤结构的曲率模态参数,再利用曲率和应变的关系得到应变模态参数。根据连续小波变换理论并用Matlab小波工具箱,得到小波系数模极大值并判断出结构损伤的位置。以此为基础,将小波系数模极大值作为BP神经网络输入参数构造神经网络,通过损伤程度与小波系数模极大值之间的非线性关系,由神经网络的输出参数确定结构的损伤程度。建立了一种既能识别结构损伤位置又能确定损伤程度的小波神经网络方法。通过对一含裂缝的三跨连续梁的损伤识别计算分析,验证了该方法的有效性。     

基于小波分析和移动荷载动力响应的连续梁损伤识别研究

为了识别连续梁结构的损伤,以每跨25m的两跨等截面连续梁为背景,利用有限元分析,得到完好和有损伤梁在移动荷载作用下某点的位移响应,进而对其位移响应及残差进行连续小波变换,通过小波系数的变化来识别损伤。研究结果表明:可以根据小波系数灰度图进行损伤位置的识别,损伤识别效果受移动荷载速度和不同测点的影响较小。利用小波系数对数指标可以估计损伤程度,而且在存在噪声时,依然可以对损伤位置进行识别。     

小波变换在桥梁结构损伤识别中的应用

通过小波变换极大值点同信号突变点及其李氏指数之间的关系,采用小波变换极大值在多尺度上的变化规律来表征信号突变点的性质,从而确定信号有无奇异点并确定其位置,进而对桥梁进行损伤识别。将该理论应用到带裂缝悬臂梁有限元模型,通过模态、瞬态和静力试验采集信号,精确确定裂缝个数及位置。较之传统方法,该方法不仅可以达到经济方便的目的,而且检测结果更为精确可靠。     

基于小波变换和ARIMA模型的桥梁健康监测数据分析

为了对桥梁健康监测系统采集的海量数据进行深入挖掘,使其在结构评估中效用最大化,将监测数据视为一维信号,以小波变换、时间序列分析为工具,对某四跨连续刚构桥挠度监测数据进行了分析,研究探讨了该方法对于监测数据分析的适用性。对于监测数据进行离散小波变换,根据小波变换系数分析得出了结构监测数据的发展趋势,同时可过滤掉数据信号中已缺失细节信息的系数,重构信号,对该重构信号进行时间序列分析,采用最小二乘法进行参数估计,建立了重构信号的ARIMA预测模型,成功对某大桥某时刻后未来一定时间的挠度进行了预测。研究结果可以预测桥梁结构在未来某周期内的运营状态信息,对于结构运营状态监测预警有积极的意义。     

移动荷载作用下梁损伤检测的数值模拟及试验研究

目前利用Ansys软件建立结构损伤模型的方法,普遍存在程序复杂、人为设定损伤宽度过大等不足,导致数值模拟结果与实际情况差距较大。该文提出一种用弹簧单元模拟无厚度裂缝损伤的建模方法。这种建模方法在模拟损伤时既保证损伤宽度小,同时保证结构的整体性以及损伤左右两端内力的传递。利用点点接触法模拟移动荷载在梁上的运行过程,得到损伤梁的位移时程曲线。将不同损伤程度的位移时程曲线导入Matlab分析软件,进行连续小波变换,通过小波变换图识别出损伤的具体位置。结果表明:这种弹簧模型可以较好地模拟小裂缝损伤。对比分析不同测点位置对损伤识别结果的影响,得出在一定范围内,由一个测点可以检测整个结构的损伤,并利用试验证明了数值模拟中结论的正确性。     

基于小波包能量谱的大跨桥梁结构损伤预警指标

基于结构动力响应的小波包能量谱提出了两种结构损伤预警指标:能量比偏差和能量比方差。以润扬长江大桥北汊斜拉桥为研究对象,分析了损伤预警指标在不同损伤位置、损伤程度和测量噪声水平下的预警能力。研究结果表明:与结构自振频率等模态参数相比,能量比偏差和能量比方差可以明显提高大跨桥梁结构损伤预警的敏感性和有效性,并且具有良好的抗噪声干扰能力。能量比偏差和能量比方差可作为大跨桥梁结构损伤预警系统的损伤预警指标。     

桥梁损伤自动检测理论初探

自动检测是桥梁健康监测的核心和关键技术之一,在自动检测确定出损伤大致范围的基础上,可以通过人工检查进一步确认或排除损伤点,这可大大减轻损伤检测的劳动强度,节约开支。根据小波变换多分辨率分析的特性和恒虚损处理自动检测原理,形成以小波恒虚损处理方法为核心的桥梁损伤自动检测理论。该方法通过拾取环境噪声作为参考噪声,与试验信号分别经相同小波滤波器输出后,形成统计量作为恒虚损率处理的输入参数,进而对奇异信号进行自动检测。该技术不需要无损桥梁相关资料,并可满足实时动态监测的要求。最后通过算例进行了验证。     

基于小波包分析的古建结构损伤识别

对古建结构的损伤进行有限元分析,提出随机激励作用下古建结构的小波包能量变化率指标。把古建结构梁上节点的加速度响应采用小波包变换进行损伤定位分析,研究表明:该指标对于古建结构的损伤较敏感,能准确判定古建结构损伤发生的位置,且损伤程度越大,该指标值越大。所提出的指标为环境激励下古建结构的损伤识别奠定了理论基础。     

小波变换与SVD方法在结构损伤监测中的应用

将小波变换与奇异值分解(SVD)相结合,利用基于小波变换的能量分布函数,进行小波系数矩阵的奇异值分解,使结构损伤突变信号的奇异点放大,提高信号的分辨率和信噪比.根据信号突变时刻小波系数出现模极大值及其在不同尺度上的传播特性,可有效地检测出信号的奇异性特征,从而对结构损伤特征信号进行时域定位.通过对一试验简支梁损伤前后加速度信号的奇异性进行对比分析,验证了该方法的有效性和可行性.     

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。     

基于机器学习的超大跨度悬索桥健康状态评估

随着桥梁健康监测系统及其应用的不断完善,采用机器学习进行桥梁健康状态评估成为必要趋势。以超大跨度悬索桥为研究对象,基于桥梁监测数据与机器学习算法,建立了一种以提取结构损伤特征为目标的回归网络,并以峰值系数法和连续小波变换法作为对比,采用密度聚类法对桥梁结构的健康状态进行评估。结果表明:采用改进四分位距法可有效消除监测数据中的异常跳点,回归网络提取的损伤特征与密度聚类法在桥梁健康状态评估中的适用性良好。研究成果为机器学习下的超大跨桥梁健康状态评估提供了理论借鉴和方法参考。     

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。     

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。     

过火混凝土桥梁评价方法及耐久性损伤评估模型

针对目前桥梁火灾的频发现象和灾后桥梁的服役功能,研究了桥梁火灾特点与破坏特征。基于火灾场不同材料、不同力学参数对温度的损伤敏感度和结构不同部位的损伤对结构性能的影响程度,建立不同部位损伤权重系数,通过调节权重向量确定损伤敏感因子和最不利位置,提出了桥梁火灾后网分评价方法和混凝土桥梁火灾后抗力耐久性损伤评估模型。并利用有限程序对相关实例进行数值分析,对其耐久性进行了评定。结果表明:耐久性评估模型准确可靠,所得数据明确;网分评价法可对火灾后桥梁结构进行安全评价,也可对重大结构进行长期健康监测。     

基于小波分析的拱桥健康监测系统应力数据消冗去噪技术研究

考虑受力特点和安全性,钢筋混凝土拱桥是低等级公路在山区条件下跨越沟谷的首选桥型。论文以云南省内的金沙江大桥为例,介绍该桥梁上已安装的健康监测系统基本组成及基于小波分析的其数据处理的方法。桥梁健康监测系统可以提供桥梁在运营状态下的真实响应,也可以为桥梁损伤反演提供实测数据。结构状态的反演和损伤识别是健康监测系统的核心技术,实质上就是通过大量的实测数据反演结构状态并得到可能存在的损伤。小波分析能够将原始监测数据按频带宽度进行多层次划分,桥梁健康监测系统的应力数据中,与车辆相关的信息为周期短、频率高的信号,与温度相关的信息通常表现为中等周期与频率的信号,与承载力变化相关信息为周期长、频率低的信号,因而用小波分析能够将这些不同性质的信号区分开来。小波分解后则测试噪声部分通常包含在高频中,低频部分代表着信号的发展趋势,随着尺度的增加,时间分辨率的降低,信号的这种发展趋势会越来越明显。