基于ANFIS的环境激励下桥梁结构应变响应预测分析

为准确预测复杂环境荷载作用下混凝土连续梁桥结构应变响应,基于结构健康监测系统长期实测数据,分析桥梁结构温度场变化规律,进而基于主成分分析及自适应神经网络模糊推理系统,建立桥梁结构温度场与桥梁结构应变响应的复杂非线性关系。首先,利用小波分解技术分离环境荷载及车辆荷载作用下的桥梁结构实测应变响应;然后利用平行坐标轴,分析混凝土连续梁桥结构温度场变化规律,并利用主成分分析提取结构温度场实测温度数据主成分;最后基于自适应神经网络模糊推理系统,以应变测点处温度数据、桥梁结构温度场实测温度数据主成分和采样时间点数据为输入数据,分别建立不同输入变量组合与应变响应的复杂非线性关系,并对比分析不同工况下结构应变响应的预测精度。结果表明：桥梁结构各测点处实测温度数据变化趋势基本一致,同侧测点实测温度数据高度相关,但桥梁结构上、下表面测点温度变化存在明显差异,仅考虑应变测点处温度变化,难以准确预测桥梁结构应变响应;当考虑桥梁结构温度场变化时,能更精确地建立温度与应变响应之间的关系模型,进而基于实测温度数据准确预测桥梁结构应变响应;当缺乏结构温度场实测温度数据时,将采样时间点作为反映桥梁结构温度场变化规律的参数,可取得较好效果。     

连续刚构桥健康监测应变多元回归分析

桥梁健康监测是桥梁运营过程中对桥梁结构运行状态实时掌握的一种重要方式,但是对连续刚构桥梁来说,桥梁所在环境温度整体升降以及温差的变化对连续刚构来说受力相当复杂,本文采用多元回归的方式处理采集的应变数据,旨在剔除温度影响的应变值,得到车辆活载引起的应变值。     

大跨度连续刚构桥受力性能研究

对某大跨度刚构桥进行静、动载试验,由静载试验中挠度和应变数据计算出校验系数,判断该刚构桥的实际承载能力,并对其受力性能进行分析;通过动载试验测试计算出连续刚构桥的一阶固有频率和冲击系数,模拟不同等级路面的平整度并计算出冲击系数,再将实测冲击系数与各国不同桥梁规范计算的冲击系数进行对比分析。试验结果表明该连续刚构桥的刚度、承载能力及动力性能均满足要求,桥梁受力性能良好;国外桥梁规范计算的冲击系数较大,而中国规范计算的冲击系数相对较小。     

运营车辆荷载作用下大跨PC梁桥动挠度特性研究

针对运营车辆荷载作用下大跨PC梁桥动挠度特性问题,以琶洲大桥和洛溪大桥为背景工程,采用有限元计算和现场试验获取其车辆荷载动挠度,并分别在时域和频域,重点研究了运营车辆荷载作用下动挠度的统计特征和频谱特性。研究结果表明,模拟车辆荷载作用下的动挠度与实测动挠度吻合较好,两座背景桥的动挠度计算值以及实测值的均值和方差均在3～5mm范围内,均方差在2mm左右,变异系数超过50%,说明在大跨PC梁桥挠度监测时,不能忽略运营车辆荷载作用下桥梁结构挠度的动态效应,应采用动挠度来表征桥梁结构变形。功率谱密度曲线呈多峰分布,幅值谱属双峰分布,幅值谱主要频率集中在结构振动一阶频率及三阶频率附近。研究结果可为桥梁结构动态挠度监测方法研究和挠度成分分离研究,提供科学依据和基础数据。     

基于MEMS倾角仪的桥梁挠度监测动态及长期性能研究

为了分析基于MEMS倾角仪的桥梁挠度监测技术的可靠度及稳定性,该文从算法优化、长期温度影响、瞬时振动影响等多方面着手进行了研究。提出了一种多方案融合的修正样条插值方案,在典型工况下,算法引起的误差小于0.1 mm;其次,通过对MEMS倾角仪的温度敏感性能研究,提出了倾角温漂修正方法;此外,通过对不同车速车辆过桥时的倾角时域、频域空间的研究,提出了采用带通滤波算法对倾角数据进行预处理,可以得到桥梁的准动态挠度;最终,经过实桥的应用及测试,验证了这一挠度监测方案在数据动态采集以及长期性能监测方面的可靠性。     

不中断交通进行斜拉索更换施工中车速的影响性分析

在不中断交通情况下进行斜拉索更换施工时,行车效应的影响性与运营状态有较大差异,为了确定合理的交通限制措施,需要对重载车辆在不同车速下的桥跨结构反应进行分析。该文采用基于直接积分法的时程分析技术,以某换索斜拉桥为工程背景,分析了控制性载重车辆在不同车速下行车对桥跨结构的作用效应,指出在斜拉索卸除的情况下,行车时的冲击效应相比运营状态下有较明显增大,而行车引起的结构反应时程曲线的峰值并非随车速增大而增大;因此,施工控制中需要根据具体桥梁情况确定适用的冲击系数和限制车速。     

马鞍山长江公路大桥行车试验研究

大跨三塔悬索桥具有增大桥梁跨越能力和降低锚碇规模等优势,更适合在跨江海桥梁工程中采用。为分析不同行车速度对大跨径三塔悬索桥结构的影响,本文以主跨径1080m的马鞍山长江大桥为对象进行试验,测试在车辆不同行驶速度下的桥跨结构挠度、应变等动力响应,计算冲击系数。试验结果表明,结构动力性能良好,车辆不同行驶速度对主体结构的冲击作用并不明显。     

中小跨径桥梁挠度监测数据的分析与应用

为挖掘中小跨径桥梁挠度监测数据的价值,研究了桥梁挠度监测数据的处理方法,提出了基于挠度监测数据的桥梁性能评价流程,并在一座装配式预应力T梁桥的监测项目中进行了应用。结果表明,监测周期内T梁最大挠度远小于荷载试验结果和规范限值;挠度概率分布与对数正态分布吻合较好,以荷载试验结果作为抗力标准的桥梁刚度可靠度指标大于3.0;各T梁实际冲击系数均值高于理论计算值,且呈现从超车道向应急车道方向依次增大的规律,冲击系数的概率分布不拒绝服从于广义极值分布;挠度沿横桥向变化曲线基本呈直线,变化规律与刚性横梁法的理论假定基本吻合;各T梁实际荷载分担系数明显小于理论横向分布系数,桥梁表现出较好的整体性。     

桥梁应变监测技术及应变数据解耦研究

为了得到温度作用下桥梁主梁的应变变化,基于振弦式应变计所采集的应变原始数据,通过滑动平均的方法进行数据解耦。首先,在上海市吴淞大桥主跨四等分截面安装振弦式应变计,实时监测主梁的应变变化,得到1个月内的原始数据;其次,提取温度升高时段的应变数据,采用二次滑动平均法进行数据解耦;最后,通过回归分析,比较滑动平均前后应变和温度的1阶线性拟合判定系数,证明二次滑动平均法可提取由于车辆荷载导致的桥梁主梁应变变化。     

昆明东风路立交桥动载试验分析

桥梁结构的动力特性(振型、频率和阻尼)是桥梁承载力评定的重要参数,同时也是识别桥梁结构工作性能和桥梁抗震分析的重要参数,本文通过昆明东风路立交桥的动载试验,分析桥梁在不同工况下动应变、动挠度、频率和阻尼以及影响实测冲击系数的原因。对全面地评价桥梁结构有重要意义。     

中小跨径公路混凝土简支梁桥冲击系数研究及建议取值

为弥补中国现行桥梁规范中计算动力冲击系数时考虑因素单一的不足,对冲击系数的影响因素进行研究,并提出更合理的冲击系数建议值。首先,根据中国桥梁通用图集建立13座不同截面形式和不同跨径的常见中小跨径公路混凝土简支梁桥的有限元模型,结合能表征中国设计车辆荷载动力特性的三维车辆数值模型,建立车桥耦合振动分析系统。然后,基于车桥耦合振动分析系统,研究桥梁基频、桥面不平整度、车速和车质量等因素对动力冲击系数的影响,并与中国现行桥梁设计规范中的动力冲击系数取值进行对比分析。最后,提出冲击系数的建议值,并与世界各国桥梁规范中的冲击系数取值进行对比,讨论建议值的合理性。结果表明:桥面不平整度是影响冲击系数的重要因素,在桥面好的情况下,冲击系数均在0.1以下,低于规范中规定的冲击系数,而桥面很差时,冲击系数可达0.5,远大于中国现行规范中的冲击系数设计值,因此,定期对桥面进行维护能有效减小车辆对桥梁的冲击效应;质量轻的车辆引起更大的冲击系数,但由于车辆总质量轻,其导致的总荷载效应仍然较小,而重车虽然引起的冲击系数较小,但由于其导致的总荷载效应较大,更易对桥面造成损伤,因此,限制超载尤为重要。     

某多跨连续箱梁桥动力测试及舒适度评价

以某多跨连续箱梁桥为对象,利用试验车辆对桥梁施以动力荷载进行强迫振动试验,获得结构振动的振幅、动应变、动挠度及冲击系数;在此基础上结合脉动试验,识别桥梁结构的频率、阻尼比,基于Diekemann指标及Sperling指标评价其动力舒适度。结果表明,在测试荷载作用下,桥梁动应变很小;加载车速度为10~40km/h时,主桥试验跨冲击系数与车速相关性明显,各试验工况下结构的冲击系数为0.028~0.175,略大于设计值,桥面平顺性欠佳;结构实测频率与理论值的比值为1.11~1.25,主桥整体抗弯刚度符合理论预期。     

车辆荷载作用下高墩大跨连续刚构桥的动力反应分析

对一高墩大跨连续刚构桥在车辆荷载作用下的动力反应进行分析。对大桥进行自振特性分析,然后分析车辆荷载作用下大桥不同位置的动力反应、桥梁阻尼对动力反应的影响、选取弯矩或者挠度作为冲击系数评价尺度的差异。通过较全面的分析,获得了一些有参考价值的结论。     

统计方法分析桥梁冲击系数的研究

运用随机振动理论,对车辆荷载作用下桥梁的冲击系数进行分析。以随机量的数字特征(标准差σ)为参数计算分析冲击系数,通过一座典型桥为工程背景,进行实测和数据分析,得出在不同车速下,基于挠度和钢筋应力的冲击系数,并将其与部分国家以及我国各部门规范进行比较。将结构的动力分析问题与结构的可靠度联系起来,使桥梁结构冲击系数的计算具有更准确的概念与科学的含义。     

PC部分斜拉桥动力冲击系数研究

以某PC部分斜拉桥为对象,采用考虑拉索局部振动的计算理论建立分析模型,根据车桥耦合振动计算结果,讨论了行车速度对结构冲击系数的影响,并与规范取值进行了比较。根据计算结果,得到以下几点结论：行车速度对不同构件冲击系数的影响不同,主梁挠度冲击系数较拉索张力敏感;同类构件不同截面位置的冲击系数也有较大差异,主梁边跨跨中截面的挠度冲击系数大于中跨跨中;靠近塔的短索张力冲击系数大于远离塔的长索,但拉索张力增量占初始索力的比例非常小,PC部分斜拉桥设计时可忽略拉索的动力冲击效应;主梁中跨跨中截面挠度冲击系数与2004规范一致,而边跨跨中截面的冲击系数大于2004规范。     

基于温度修正徐变模型的公路大跨连续刚构桥结构状态影响分析

现行公路桥规中未考虑自然环境温度变化对徐变系数的影响,由此可能导致理论计算结果与桥梁实际状态存在较大差异。基于此,该文以规范徐变模型为基础,引入了一种能够考虑环境温度变化的混凝土组合徐变公式,通过数学函数拟合既有温度历史数据预测环境温度随时间变化历程,提出了一种考虑温度修正项的改进型规范徐变公式。以一座主跨为182 m的公路大跨预应力混凝土连续刚构桥为背景,建立徐变模型计算桥梁施工及运营典型阶段的主梁挠度及应力状态,并与规范模型进行对比。结果表明:环境温度变化对徐变系数有较大影响,因桥址地区常年气温较高,温度修正后的徐变系数终值大于规范值;环境温度变化对主梁挠度有较大影响,考虑温度修正项后主梁挠度极大值较规范模型值增长显著,其中跨中挠度最大增幅达到67.1%,建议在进行主梁挠度分析时计入环境变温效应;两种徐变模型下主梁应力随梁长变化趋势一致,应力极大值差异小。     

基于多点平滑的影响线提取方法研究及桥梁状态评估

基于实测影响线的桥梁状态评估具有不中断交通、测试方便等优点,是未来中小跨径桥梁承载能力评估的重要方式,目前在实际桥梁上应用的案例较少。为此,先开展基于多点平滑的影响线提取方法研究;后结合挠度数据和应变数据,提取桥梁挠度影响线和应变影响线;在此基础上,再开展基于峰值的桥梁状态评估和基于设计活载响应对比的桥梁状态评估。结果表明：1)建立的影响线方法可用于实际桥梁的挠度和应变提取影响线,尤其是测试结果出现很多芒刺时,采用五点三次平滑法既能保证数据准确,又能平滑数据;2)评估结果显示,挠度校验系数在0.29～0.46之间,应变校验系数在0.10～0.37之间,表明测试桥跨的刚度和强度在现有状态下满足通行设计活载的要求。     

基于荷载试验和监测系统的某大跨度悬索桥结构状态评估

为进一步了解大跨度桥梁的结构状态,本文通过对桥梁荷载试验期间的监测系统实时监测数据、现场试验测量数据和大桥有限元模型模拟计算数据的对比挖掘分析,以定量化的形式通过与结构状态相关的参数指标,评估桥梁的结构状态。以国内某新建大跨悬索桥为例,通过安装的健康监测系统采集桥梁在静载试验条件下各控制截面的挠度、应变、振动等结构响应实时监测数据,计算桥梁挠度和应变特征值,采用频谱分析等方法计算大桥的模态参数,然后基于挠度、应变、模态参数的监测结果与现场试验测量结果、有限元模型计算结果的对比分析,并参照现场荷载试验评定方法,评估桥梁的结构状态。实验结果表明:监测系统时程数据可观测到明显的加载和卸载情况,监测系统运行良好,在试验荷载下桥梁处于弹性工作状态,整理受力状态良好,大桥结构整体刚度满足设计荷载的正常使用要求。作为新建桥梁,该评估结果还可作为桥梁的初始状态,作为后续评估桥梁结构状态和健康监测系统工作状况的参考基准。     

考虑桥面随机不平度的钢管混凝土拱桥冲击系数统计分析

以某大型钢管混凝土拱桥为对象,采用经动力试验验证的自编车桥耦合振动分析程序,进行了多组随机不平度样本下的车桥动力响应分析。根据分析结果,对不同桥面状况和车速条件下桥梁的动力冲击效应进行了统计分析。分析结果表明:车速、不平度等级确定时冲击系数服从正态分布。桥面状况等级对动力冲击效应的均值和均方差影响明显,不同保证率下车辆冲击系数差异较大。根据桥梁重要性等级,按照统计分析方法确定冲击系数,将有效提高车辆冲击系数取值的合理性和科学性。     

上承式钢管混凝土桁构式拱桥承载能力分析与评估

根据某变截面上承式钢管混凝土桁构式拱桥结构受力特点,建立空间有限元模型。基于现场荷载试验,测试桥梁结构的应变、挠度、自振特性及动力响应,分析与评估桥梁实际承载能力,为日常养护提供依据。结果表明,该桥应变、挠度校验系数、相对残余均在合理范围内,实测自振特性、动力响应与理论分析基本一致,目前桥梁运营状况良好。