Hilbert-Huang变换在桥梁振动分析中的应用

提出将Hilbert Huang 变换的信号处理方法应用于桥梁振动分析中。此方法是通过经验模态分解(EMD)将一复杂的原始数据序列分解成一组本征模函数(IMF)和一个残余项,然后再对每一个IMF进行Hil bert变换。这样所得到的信号幅度和瞬时频率都是时间的函数,即获得了幅度的频率时间分布,称为Hilbert Huang幅度谱,进而得到Hilbert边界谱。文中利用Hilbert Huang变换对南京桥有列车通过时的实测加速度响应进行了处理与分析,结果表明该方法可行、有效。     

改善桥梁结构损伤识别系统的分析与思考

在分析桥梁结构损伤的类型及近年来发展的典型结构损伤识别方法的基础上,总结了桥梁结构损伤识别系统面临的瓶颈问题,在此基础上提出了一个基于传统有限元模型修正方法及人工神经元网络方法的改进桥梁损伤识别系统。     

市政桥梁拆除施工与监测预警

旧桥拆除工作是一项具有更多未知因素和更加危险的工作,然而目前桥梁拆除方法还不够系统,不够完善。本文以重庆轨道交通6号线二期将要下穿的市政茶园黑沟桥的拆除施工为背景,针对该桥拆除的安全要求以及不阻断人行通道、减少管线迁改等实际情况,提出桥面、箱梁采用特殊切割工具切割吊运,盖梁、桥墩柱采用静态爆破,并利用监测手段进行现场预警监控的拆除施工技术,并在该工程中得到成功应用。     

基于希尔伯特-黄变换的铁路桥梁结构健康监测

桥梁结构健康监测直观检查法具有一定的局限性。新的基于希尔伯特—黄变换(HHT)的非破坏性桥梁结构健康监测方法,依赖于瞬变荷载测试和简便的数据收集,核心是近年来针对非稳态和非线性时间序列分析而新发展起来的HHT,由经验模态分解和Hilbert谱分析构成。该方法对桥梁结构健康性的最终判断依据是基于数据的非线性特征、自由振动和强迫振动的频率对比、桥梁对轻荷载及重荷载的响应。该方法的优点是:无需以前的数据,简便的数据采集,最少程度地干扰交通,以及细微差别的精确定量解释。工程实例的分析结果表明这种新方法应用于铁路桥梁结构健康监测的可行性。     

小波包变换频率混淆的消除及其在桥梁健康监测中的应用

在分析离散小波包Mallat算法引起频率混淆的原因基础上,提出消除频率混淆的改进算法.运用改进算法对斜拉桥的加速度信号进行分析,结果表明:小波包能量分布同结构的固有频率一样能够表征结构的固有特征,而且还能够反映结构的局部特性.利用损伤前后结构信号的小波能量互熵,并引入相应的权重,在一定的置信水平下能够准确识别损伤的位置.损伤识别结果表明:对于单一损伤状态,小波能量互熵能够较好地定性和定量描述损伤程度;对于复杂的多处损伤状态,小波能量互熵只能识别出损伤的位置,难以定量描述各处的损伤程度.该方法具有较强的抗噪能力.     

基于桥梁健康监测系统的郑州黄河公铁两用桥的桥梁养护管理体系的构建

根据郑州黄河公铁两用桥的养护管理的需求,以桥梁结构健康监测系统为平台,以实时监测、定期监测及人工检查相结合的方法,对郑州黄河公铁两用桥实施预测式、评估式养护管理。提出了桥梁结构健康监测系统的总体架构,对各子系统的构成及实现方法进行了较为详细的论述。基于此,扩展并完善了桥梁健康监测的概念,为我国高速铁路桥梁的数字化养护管理信息系统的建立提供了借鉴。     

桥梁健康监测损伤诊断方法研究

本文选用RBF神经网络实现对桥跨结构的损伤评估,并采用基于MATLAB的最小二秉法曲线拟合预测特征参数的发展趋势.通过对实际测试结果分析,表明系统性能良好,能够客观地对桥梁整体结构作出评估.     

基于单元模态应变能法的桥梁结构损伤识别研究

桥梁结构损伤识别是对桥梁结构进行安全性评定的一个重要环节。本文首先根据桥梁结构损伤前后动力特性分析,导出由于单元损伤引起的结构模态振型的改变系数;然后,运用结构局部损伤因子法建立单元损伤敏感的指示因子,推导出单元损伤前后的单元模态应变能的变化,并对损伤单元与未损伤单元之间的关系进行了研究。最后,以单元模态应变能的变化率作为损伤定位的判别参数,对桥梁结构损伤定位的识别方法进行了研究,并以一座装配式预应力钢筋混凝土系杆拱桥作为工程实例,通过其在不同损伤情况下计算结果和实测结果的分析和讨论,说明该方法能够比较准确地对结构损伤进行定位识别,同时也证明本文研究方法的正确性和有效性。     

基于OpenGL的大跨桥梁健康监测系统动态仿真模拟研究

桥梁健康监测逐渐成为土木工程界研究的又一热点,而GPS定位技术的飞速发展正好给桥梁健康监测注入了新的血液.从桥梁健康监测系统的设计准则出发,提出了一套完整的基于GPS大跨度桥梁健康监测系统的总体设计方案.基于OpenGL技术,以三跨两铰悬索桥为例,开发了一套桥梁位移实时监测的动态演示系统.     

基于模态柔度曲率改变率的桥梁结构损伤识别方法

在以往模态柔度损伤指标研究成果的基础上,提出模态柔度曲率改变率MFCI(aver)的结构损伤识别方法.该方法首先对损伤前后的模态柔度矩阵各列元素进行代数平均,将计算得到的平均值作为模态柔度向量{fu}和{fd}的元素,然后利用差分法求出模态柔度曲率,最后将损伤前后的模态柔度曲率差值按损伤前的模态柔度曲率值进行归一化,从而得到模态柔度曲率改变率指标.对简支梁和连续梁,采用MF,MFC,MFCI(aver),MFCI(max)4种结构损伤指标进行损伤识别效果比较的结果表明:模态柔度曲率改变率结构损伤识别方法在识别过程中,由于用模态柔度列向量代替模态柔度矩阵,避免了大型矩阵运算,明显提高了识别速度;对数据进行平均处理,明显改善了抗噪能力.     

基于健康监测Benchmark结构的损伤识别方法

研究目的:由于受外部载荷、环境作用、灾害、人为等因素的影响,桥梁结构在服役期间会出现损伤,结构性能下降,其安全性己经引起人们的高度重视。如何去诊断桥梁结构的损伤,对其健康状况进行诊断和监测,己成为当今函待解决的一个重要课题。研究结论:针对桥梁健康监测Benchmark结构,基于加速度响应的自功率谱与主元分析法并结合马氏距离,提出结构整体损伤程度的评估方法:(1)提出的桥梁健康监测Benchmark结构损伤诊断方法可直接利用实测自功率谱进行损伤识别,不需要模态参数,不要求有完整的模态测试数据,因而避开了实际动测时一些模态参数的测不准及实测模态不完整问题;(2)损伤识别过程是通过分析实测自功率谱的数据特征、数据结构来完成的,不需建立结构的力学模型,因而对结构形式、约束方式及边界条件均没有特殊的要求;(3)采用力锤人工激励及SISO的动测方法,激励设备简单,操作方便;(4)本文方法对于在役桥梁的健康监测和损伤诊断具有一定参考价值。     

基于MEP法的在役桥梁时变可靠度研究

基于最大熵原理和概率理论,提出用于分析在役桥梁结构时变可靠度的最大熵概率密度迁移法(MEP法)。采用有限元法求出较为精确的响应量,用数理统计法求得响应量的各阶矩;以4阶原点矩为最大熵约束条件,结合最小二乘法推导结构响应的概率密度函数解析式;基于时变可靠度原理,得出1组迁移的概率密度曲线族;根据"安全—损伤—失效"三级工作模式确定积分限值,计算结构的时变损伤概率与失效概率,进而得到相应的可靠度。运用MEP法和Monte Carlo法对在役桥梁算例可靠度的比较计算结果表明:2种算法结果较为吻合,且符合在役桥梁现状;MEP法可避免Monte Carlo法的大规模取样,并解决数值积分法所面临的复杂结构功能函数难以获得的问题。     

基于支持向量机的静力损伤识别方法

针对使用静力测试数据进行桥梁结构损伤识别时容易出现误判的问题,基于支持向量机理论,提出1种新的静力损伤识别方法。将损伤识别过程分为损伤发生识别、损伤位置识别和损伤程度识别3个步骤。使用理论计算结果与测试数据比较的方法判断损伤是否发生,采用C-支持向量机分类算法进行损伤位置识别,利用ε-支持向量机回归算法进行损伤程度识别。将该方法与优化识别方法同时运用于1个连续梁试验中。试验结果表明:与优化识别方法相比,支持向量机方法通过分开求解损伤位置和程度,并先进行结构有限元分析,然后再使用支持向量机进行识别,将这2个过程解耦,从而降低了问题的难度,不仅能够正确地识别损伤出现的位置,而且能够得到与实际相符的损伤程度识别结果,并且具有较好的推广能力和较强的抗噪声能力,能够很好地对桥梁静力损伤进行识别。     

基于列车动力响应的铁路桥梁损伤诊断方法

以桥梁单元的刚度下降率作为损伤指数,通过列车—桥梁耦合振动理论计算列车动力响应对桥梁损伤指数的灵敏度,并构建立灵敏度矩阵和建灵敏度方程,利用约束优化方法求解灵敏度方程得到各单元的损伤指数,实现对桥梁损伤的诊断。应用该方法对1座简支梁桥进行损伤诊断的结果表明:该方法对轨道不平顺不敏感;利用列车车体和转向架的加速度、速度和位移响应均能对桥梁进行准确的损伤诊断,但这3种响应信号中的位移响应最难测量,而且相对于转向架而言,在车体上更容易布置传感器,因此建议优先选用车体加速度和速度响应作为桥梁损伤诊断的输入;该方法既能诊断桥梁单一位置的损伤,也能识别桥梁多个位置的损伤。     

基于模态分析技术的大跨度斜拉桥主梁损伤识别

根据模态曲率的概念,构造结构损伤指标。采用有限元方法,对1座设定主梁不同位置发生损伤的大跨度预应力混凝土斜拉桥进行动力特性分析,利用构造的结构损伤指标对结构损伤进行识别研究。结果表明:结构损伤指标对结构损伤的识别精度与参与计算的模态振型及节点间距有关。应选择在损伤位置振幅较大的模态振型,而避免平衡位置处于损伤位置或附近的模态振型。该方法对结构的早期损伤可进行定性判断,结构损伤指标随结构的早期损伤程度的增大而增大,且增长幅度逐渐变小,当结构损伤达到一定程度后,损伤指标不再增大,而在渐近线附近波动。节点间距在一定范围内增大时,不影响损伤位置的识别,甚至可以确定损伤程度,但可能会反映不出损伤对其临近区域的影响;节点间距过大,可能发生漏判。     

芜湖长江大桥长期健康监测与报警系统研究

介绍芜湖长江大桥长期健康监测与报警系统的结构体系、总体目标和主要监测内容,同时还介绍该系统的设计方案、总体要求和数据采集、数据库管理与查询的主要功能及安全报警功能。该系统是一套完整的以环境监测、桥梁结构性能监测、列车行车安全监测为主体的由多参数、多种传感器和相关调理仪、多测站及两级计算机局域网构成的综合性大型桥梁结构长期健康监测系统。在监测系统中,采用“小集中”分散数据采集组网方式,通信网络简洁,系统抗干扰能力强、传输速率快、故障率低、检查维修方便,而且运行性能稳定,监测数据结果准确、可靠。全部监测数据实现了边采边显,波形显示形象逼真,刷新速度快,数据库管理科学,查询方便、快捷。     

桥隧相连工程多源损伤模型试验方法研究

桥隧相连工程是桥梁、隧道结构及围岩、洞口边仰坡岩土体及其防护工程的复杂组合体。其中,桥梁和隧道结构各部位及周围岩土体的力学行为及损伤机理与其结构和基础类型、相对位置、地形地质条件及外部荷载情况等密切相关。针对目前国内外对桥隧相连工程这一特殊工程实体研究较少的现状,结合相关工程实例开展Ⅳ、Ⅴ级围岩条件下的桥隧相连工程多源损伤室内模型试验方法研究:依据相似理论并结合桥隧相连工程的特点,采用量纲分析法分析模型试验中桥、隧及洞周岩土体各结构或部位中各物理量的相似指标与相互关系;拟定桥、隧模型的相似比及围岩相似模拟材料的配合比,并进行相关的材料试验。文中介绍的模型试验平台及测试方法,可为同类模型试验提供参考。