基于全息变形和遗传算法的装配式钢混组合梁损伤识别研究

针对一片装配式钢混组合试验梁,依次开展了在无损伤和多种损伤工况下相同试验荷载的加载试验,运用叠差分析与轮廓线提取算法对全息拼接图像进行处理,得到结构全息轮廓线以及结构全息变形数据。将初始全息变形与目标全息变形作为输入,结构全息轮廓线为损伤表征因子,通过改进的遗传算法在ANSYS二次开发接口APDL中对目标全息变形进行刚度矩阵折减系数全局最优解的求解。结果表明:全息变形位移曲线在正常无损变形和有损异常变形特征描述上具有较强的判别性,全息变形与百分表实测挠度值在所有试验工况下全梁L/4、L/2、3L/4处挠度值平均误差最大为6. 9%,改进的遗传算法对试验梁损伤位置及程度识别精度较高,损伤识别结果与试验结果基本吻合。为后续研究该桥型的结构状态识别与结构健康监测奠定了基础,全息变形以及损伤识别算法亦可供其他桥梁参考。     

静载作用下桥梁结构受力分析

通过静载试验测量桥梁结构各控制截面在静荷载工况下的应力应变和变形,可判断桥梁的受力性能和工作状态。文中以高桥沟大桥为工程背景进行现场静载试验,分析计算4种荷载条件下各控制截面的结构应力和变形,数值计算结果和理论数据对比分析表明,施工过程中该桥结构符合规范要求,具有良好的受力性能。     

大跨度桥梁变形三维激光扫描结果与有限元模拟对比分析

传统的桥梁变形监测方法只能把握数个独立点的观测形变数据,不能全面控制大跨度桥梁各部分的变形数据。现提出将车载三维激光扫描技术用于桥面几何形态数据采集的方法,将其应用于结构物的三维重建工作中,直接对结构物表面进行三维测量,采用三维阵列点云的方式来生成结构物表面的三维形态并记录点位坐标,打破了传统的桥梁变形监测方法仅有数个独立点的局限性,扩大了桥面变形监测范围,提高了结构物的观测精度,并能快速、完整地进行量测。采用有限元分析软件MIDAS CIVIL对该特大桥主桥进行建模,得到各温差下结构的理论变形数据,与车载三维激光扫描得到的实际测量结果进行对比,发现实测值具有较高的精度和可靠性。车载三维激光扫描技术可得到桥梁点-线-面的整体变形监测结果,相较传统的桥面变形监测而言,该方法则侧重结构整体变形特征,并消除了在测量过程中对交通运营的不利性,有较好的工程应用前景。     

大跨度钢箱梁斜拉桥健康监测数据分析北大核心

军山长江公路大桥为主跨460m双塔双索面钢箱梁斜拉桥,2001年12月建成通车,2011年建立健康监测系统。为评价该桥长期运营后的整体和局部力学状态,并评估监测系统运行状况,对该桥健康监测数据进行分析。依据健康监测系统实时监测的海量数据,采用恒载状态参数比较法和活载效应统计最值包络法对结构的整体和局部力学性能指标进行分析评价;基于线性累积损伤准则和疲劳强度曲线进行钢箱梁疲劳分析;通过比较斜拉索振动时程与理论控制阈值,判断斜拉索发生有害振动及抑振措施的失效;通过统计监测数据完整率、有效率及相关参数实测数据的对比分析,评价监测系统运行稳定性和可靠性。分析结果表明:该桥整体力学性能良好;钢箱梁局部存在疲劳破坏风险;斜拉索存在有害振动;健康监测系统运行稳定,数据可靠。     

大跨度钢箱梁斜拉桥健康监测数据分析

军山长江公路大桥为主跨460m双塔双索面钢箱梁斜拉桥,2001年12月建成通车,2011年建立健康监测系统。为评价该桥长期运营后的整体和局部力学状态,并评估监测系统运行状况,对该桥健康监测数据进行分析。依据健康监测系统实时监测的海量数据,采用恒载状态参数比较法和活载效应统计最值包络法对结构的整体和局部力学性能指标进行分析评价;基于线性累积损伤准则和疲劳强度曲线进行钢箱梁疲劳分析;通过比较斜拉索振动时程与理论控制阈值,判断斜拉索发生有害振动及抑振措施的失效;通过统计监测数据完整率、有效率及相关参数实测数据的对比分析,评价监测系统运行稳定性和可靠性。分析结果表明:该桥整体力学性能良好;钢箱梁局部存在疲劳破坏风险;斜拉索存在有害振动;健康监测系统运行稳定,数据可靠。     

高精度静力水准测量系统在桥梁变形监测中的应用

针对目前桥梁变形监测技术存在精度低、无法实现实时监测和易受环境影响等缺点,提出利用基于CCD静力水准仪传感器的自动化监测系统对桥梁变形进行监测。基于对昆明市虹桥路匝道桥施工对既有桥梁结构影响的研究,采用静力水准仪系统对既有桥梁变形进行监测,对该桥不同位置设21个测点,经过长达20 d的监测,变形监测频率为4次/d,共得到1 680组数据。通过选取典型测点的监测数据进行分析,并与精密水准测量进行数据对比,可得静力水准仪系统具有测量精度高、自动化程度高、稳定性好等特点,在桥梁变形监测领域具有较高的推广价值。     

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。     

曲线钢箱连续梁桥极限承载能力分析

采用弹塑性有限元方法,结合工程实际,建立了曲线钢箱连续梁桥三维板壳单元模型,进行了桥梁整体结构极限承载能力分析,分析过程中考虑了几何非线性、应力钢化与材料非线性对结构极限承载能力的影响。研究结果表明,曲线钢箱连续梁桥具有承载能力高的特点,在市政或公路桥梁建设中具有较好的应用前景。研究结论可供今后同类桥梁设计和分析参考。     

基于参数变化对斜拉桥地震易损性的影响分析

为了对比箍筋配筋率的变化对结构抗震性能的影响,以一座斜拉桥为例,运用SAP2000建立非线性动力时程模型。给出了主塔的3个不同截面和损伤指标,对该桥进行增量动力分析(IDA),得到4种不同箍筋配筋率工况下截面的损伤概率,最终绘制了各工况下的地震易损性曲线。结果表明,4种工况下随着箍筋配筋率的提高,主塔各截面的损伤概率不断降低,其中下塔柱截面发生严重损伤和完全损伤的概率降低幅度较明显,为桥梁结构设计等方面提供参考。     

瑞士跨勒都安河整体式桥台桥梁监测研究

因季节性温差导致桥梁上部结构纵向长度发生变化是整体式桥台桥梁最常见的问题之一。为了研究在季节性温差、瞬时交通荷载作用下整体式桥台桥梁梁体、桩基受力机理,对瑞士北部跨勒都安河桥进行了长期、短期监测。该桥为一座跨径40m的单跨整体式桥台桥梁,长期监测为期18个月,短期监测每3月1次,采用荷载试验的方法。通过粘贴在梁体、桩基上的应变片测量结构应变,进而得到结构在荷载作用下的应力,并与有限元计算结果进行对比。长期监测结果显示:桥北和桥南的桩应变表现出相似的变化趋势,但变化幅度却明显不同。短期监测结果显示:桥梁挠度变形不对称,东侧变形一直大于西侧,但差值较小;桩在冬季时的弯曲应力低于夏季时的46%~50%;跨中最大挠度变形时夏季测得的弯曲应力大于冬季时的28%,且10月份的挠度变形较大。     

基于快速DIC与正则化平滑技术的结构形变测试

传统的有接触结构形变测试存在现场操作困难、多点测试不便、测试成本高等问题,难以应对工程结构形变测试中较为复杂的应用场景。为实现无需人造靶标、可远距离测试且具有较高测试精度的非接触无靶标形变测试,针对采集的结构形变视频图像,引入数字图像相关（Digital Image Correlation,DIC）技术,采用基于Fourier变换的互相关整像素匹配算法与反向组合高斯-牛顿迭代亚像素匹配算法,利用英伟达公司的CUDA并行计算平台,实现结构多点动位移时程的快速测试;基于有限元应变计算与正则化平滑理论,采用位移场后处理方式实现结构连续与非连续应变场的计算。对DIC匹配算法的精度及运算速度、应变算法处理连续与非连续位移场的性能进行对比分析;对超高性能混凝土墩柱抗冲击试验及拱桥吊杆振动试验视频数据进行处理,得到多点位移（频率）测试结果,并与传统测试方法进行对比分析;对砂体抗拔试验及混凝土梁抗弯试验视频进行处理,以云图方式展现位移场与应变场的分布,并与基于逐点最小二乘法的应变测试结果进行对比。研究结果表明：基于快速DIC与正则化平滑技术的非接触结构形变测试方法在结构多点变形、位移频谱及应变场,特别是非连续应变场的测试中得到了较理想结果,具有一定的工程应用价值。     

基于模态分析理论和神经网络的斜拉桥拉索损伤识别研究

将振动模态分析和神经网络技术结合起来,以振动模态构造的损伤标识量作为神经网络识别输入的特征参数,进行结构健康监测。根据云阳长江公路大桥设计资料,考虑桥梁拉索结构的单构件损伤、2个构件损伤、3个构件损伤3类损伤工况,分别采用了模态频率、位移振型模态、曲率模态3种指标作为神经网络的输入参数,共建立9个BP神经网络模型进行了桥梁损伤识别的研究。研究结果表明基于振动模态分析理论和BP神经网络的桥梁损伤识别方法可用于识别斜拉桥拉索结构的损伤位置和损伤程度。     

外置耗能器对自复位预制RC桥墩抗震性能的影响研究

以中国已建成的首座震后自复位桥梁-京台高速(北京段)黄徐路跨线桥为背景,结合自复位结构和装配式结构的特点,发展自复位预制RC桥墩新型结构.设计并制作对桥墩抗侧强度贡献率分别为0,20％ 及40％ 的3组外置耗能部件,并对3组自复位桥墩进行水平拟静力往复试验研究.通过桥墩变形和损伤演化过程、力-位移滞回曲线、骨架曲线、试...     

基于无应力状态法的悬臂拼装斜拉桥的线形控制

针对悬臂拼装斜拉桥的线形控制问题,以穗盐路斜拉桥为背景,提出基于无应力状态法理论以钢箱梁制造线形为目标,进行主梁线形控制的方法。该桥为对称独塔双索面塔梁固结体系,采用MIDAS Civil建立桥梁有限元模型,分析钢箱梁在不同施工临时荷载作用下的制造线形和安装线形。分析结果表明,该桥安装线形随施工临时荷载的不同而改变,制造线形是结构的稳定量,只要保证梁段的无应力状态量一定,则无应力线形是惟一的;实桥安装时按制造线形夹角进行安装,无论施工过程如何改变,最终成桥阶段的内力和位移与理想目标状态一致。     

桥梁健康监测技术研究现状及展望

为进一步推进桥梁健康监测技术的发展,保障桥梁运营安全,依据近20年国内外桥梁健康监测（BHM）领域的学术研究现状,总结了BHM在系统及适用性、结构损伤监测算法、监测数据预处理、损伤结构安全预警及数字孪生技术方面取得的最新进展,确定BHM技术目前的研究热点和未来的发展方向。综合分析表明：在BHM系统及适用性方面,研究结构响应参数与健康指标的关联机制,研发长寿命非接触自动采集的智能传感装置,建立针对多源数据采集、传输、存储、分析、评价、预警于一体的自动化、网络化、智能化综合系统是重点研发方向;在结构损伤监测算法方面,设置针对异质场景的不同人工神经网络及修正方法选择建议集,针对多源信息流构建基于数据驱动与模型修正实时交互的多层级耦合智能算法是主要研究热点;在监测数据预处理方面,进一步研发基于深度学习的多源异构数据融合方法,建立复杂环境影响下的损伤结构动态信号提取算法,实现结构监测数据的精准分离是未来研究的热点;在损伤结构安全预警方面,研究重心集中于预警指标和预警体系的建立以及基于可靠度理论与监测数据的常规损伤安全评估,以结构监测数据反映总体力学行为并结合局部损伤的智能检测信息进行服役性能评价是未来的主要发展方向;数字孪生技术在BHM中尚属起步,将数字孪生技术融入多层级复合算法,建立结构多源异构大数据智能融合机制,形成数字联通、实时互动的智能化桥梁运维监测体系是重要发展方向。     

人工智能科学在软土地下工程施工变形预测与控制中的应用实践——理论基础、方法实施、精细化智能管理（示例）

首先，介绍了基于人工神经网络的智能预测方法（多步滚动预测）和基于智能模糊逻辑法则的施工变形控制方法对策；其次，介绍了基坑施工和盾构掘进施工变形智能预测与控制案例。经过应用实践,认为智能方法的优点是： 对于结构变形位移和周边地表沉降/隆起，智能方法所得的预测值（3~5 d）与其相应实测值的精度偏差一般为5%~10%；不只是可以了解到当天已发生的信息，还可预见3~5 d将要发生的变形位移和沉降/隆起等的预测定量值；在施工变形达到超限阈值前，采用智能模糊逻辑控制法则作处理，通过调整相应的施工技术参数，即可使后续变形始终处于允许的限值之内，而无需附加额外的巨大花费，节约造价，节省工期，还可实现远程、无线、视频监控。在探讨地铁施工变形智能预测与控制的基础上，开发了盾构掘进施工中工程周边地表沉降/隆起变形的多媒体三维动态可视化仿真程序软件，研制了盾构掘进施工计算机智能管理系统。目前，上海隧道工程有限公司已在上海市沿江通道盾构施工中进行试验性应用，取得了良好的技术效益。最后，对人工智能科学发展的前景及存在的一些问题进行了探讨。     

葑溪大桥施工控制

为了保证葑溪大桥的施工安全和质量,根据预应力混凝土斜拉桥悬臂浇筑和支架现浇非对称施工特点,建立施工控制计算模型,探讨影响主梁线形及斜拉索索力的因素,并制定相应控制措施,对主梁线形、内力、索力、牵索挂篮应力和变形进行有效监控.施工控制结果表明:成桥状态下,主桥轴线实测标高、桥梁应力状态、成桥索力均满足设计要求,挂篮在施工过程中的应力状态及变形情况与试验变化趋势基本一致.     

基于统计及形态特征指标的桥梁线形监测评估

为探讨大跨度桥梁线形实时在线监测及安全评估方法,以武汉阳逻长江公路大桥为工程背景,建立了液压差半封闭式连通管线形监测系统,介绍该桥健康监测系统中线形监测的测点布置、采集方案策略,重点研究了以统计及形态特征为指标的桥梁线形监测加权评估方法。研究表明:该系统能够实时在线监测并评定桥梁线形变化特征,且测试精度高、长期稳定性好;统计及形态特征指标集单个测点与全部测点数据评估为一体,可有效运用于大跨度桥梁线形监测的状态评估。     

高墩大跨连续刚构桥梁长期健康监测研究

通过无线远程监控技术,对高墩大跨连续刚构桥梁的挠度与应变情况进行长期的实时监测,全面了解其力学变化趋势,评估结构健康状况,能够及时为桥梁管理部门的养护维修、加固决策提供科学依据。     

大跨悬索桥梁端位移与温度的相关性研究及其应用

对润扬大桥悬索桥160d的梁端位移响应与钢箱梁温度实测数据进行了季节相关性研究,并应用于结构的整体状态监测。针对润扬大桥悬索桥梁端位移与温度之间明显的季节相关性,采用6次多项式模型对梁端位移-温度进行了统计建模,并采用均值控制图法对梁端位移的异常变化进行了判别分类。主梁南北端由于温度引起的梁端位移年变化幅度分别为38．8、37．4cm,而采用均值控制图法可以识别出由于结构损伤所引起的梁端位移0．8cm的异常变化。结果表明,本文方法可以有效地消除温度的季节变化对悬索桥实测梁端位移的影响,较好地识别出结构损伤引起梁端位移的异常变化。