基于粒子群优化支持向量机的斜拉桥主梁损伤识别研究

为了能够更加准确地判断结构损伤位置和程度,本文提出了基于粒子群优化支持向量机(PSO-SVM)方法对斜拉桥主梁进行损伤识别的新方法。该方法以最敏感索张力指标作为损伤识别指标,利用粒子群(PSO)算法寻找支持向量机(SVM)最优参数,建立SVM预测模型,以不同位置、不同损伤程度下最敏感索的张力指标作为SVM的训练和测试输入,由SVM的输出确定损伤位置。通过对实验室的模型斜拉桥的主梁损伤进行了仿真验证,结果表明:采用PSO算法很好地解决了采用SVM方法进行损伤识别时的参数选择随机性难题,实现了对SVM模型参数的自动优化,基于PSO-SVM的损伤识别方法对斜拉桥主梁不同程度的损伤均有很高的识别率。     

基于桥梁健康监测系统的斜拉索损伤识别

斜拉索是斜拉桥的重要受力构件。斜拉索的锈蚀、断丝等损伤必然导致索力、主梁线形及结构内力状态的改变,威胁结构的安全。在介绍目前国内外先进的索力及挠度监测方法之后,以一座独塔斜拉桥为例,采用拉索损伤敏感性分析方法,探讨基于主梁挠度及索力监测的斜拉索损伤识别方法的具体应用及其适用性。     

商合杭铁路矮塔斜拉桥无砟轨道适应性研究

研究目的:高速列车运行对无砟轨道的平顺性要求非常严格,而大跨度桥梁在温度荷载作用下引起的主梁竖向变形是引起轨道平顺性发生变化的主要原因。本文以商合杭铁路沙颍河大跨度矮塔斜拉桥为背景,对不同的桥梁结构体系、边跨比、主梁类型、梁高、斜拉索规格及布置、桥塔高度等进行对比分析,研究其对温度变形的影响,从而确定矮塔斜拉桥的无砟轨道适应性。研究结论:(1)矮塔斜拉桥可以满足无砟轨道的平顺性要求,保证高速铁路的行车安全性及舒适性;(2)有效释放梁体收缩徐变及温度变形的桥梁结构体系更加容易满足轨道平顺性要求,应优先选用;(3)斜拉索的温度变化及索梁温差是引起主梁竖向变形的主要因素,确定合适的斜拉索规格、安全系数、索间距,既能充分发挥斜拉索对主梁的贡献,又能减小温度荷载作用下主梁的竖向变形;(4)为减小斜拉索对温度变形的影响,主梁宜采用混凝土结构;(5)本研究成果对今后高速铁路矮塔斜拉桥设计具有一定的指导意义。     

基于精细模型的斜拉索疲劳损伤分析

为了更好预测斜拉索的疲劳寿命,提出了基于精细模型的斜拉索疲劳寿命分析方法。首先,基于S-N曲线建立疲劳易损指标,采用Monte-Carlo法生成随机列车荷载进行车桥耦合分析,通过易损性分析得到最易损斜拉索;然后,考虑平行钢绞线索力误差建立精细斜拉索模型,基于Miner线性累积损伤理论对精细模型进行疲劳损伤分析与寿命预测。数值仿真结果表明,该方法可以较精确地确定每根钢绞线斜拉索的疲劳位置和疲劳程度;成桥索力较大的斜拉索易于发生疲劳损伤,疲劳损伤多发生在锚固段,且外侧钢绞线疲劳损伤程度较大。     

波纹钢腹板矮塔斜拉桥结构静动力分析

通过建立有限元模型对波纹钢腹板矮塔斜拉桥以及钢筋混凝土梁矮塔斜拉桥进行了静动力性能分析,对比了两者在移动荷载作用下主梁内力、主梁挠度、主塔内力、拉索内力以及结构自振特性的区别。研究结果表明:矮塔斜拉桥结构整体受力性能接近于连续梁;将钢筋混凝土梁替换成波纹钢腹板后,矮塔斜拉桥主梁刚度降低,主梁承担的荷载效应减少,此部分荷载效应通过拉索传递到主塔结构上,因此整体结构受力特点由主梁依赖型向主梁拉索协同型转变。     

城际铁路三塔斜拉桥刚度参数分析及应用

研究目的:三塔双主跨斜拉桥相较常规大跨斜拉桥而言,具有一定的经济优势,但也存在竖向刚度低、拉索疲劳应力幅高等缺点,目前在铁路上尚未得到广泛应用。本文以广佛江珠城际(72+96+336+336+96+72) m三塔斜拉桥为背景,对影响刚度的结构参数进行分析,进而拟出合理结构尺寸,并对结构进行力学计算,得出在城际铁路中推广三塔斜拉桥的可行性。研究结论:(1)竖向刚度随主梁高度增加而增大,但增幅低于梁高增幅,主梁采用钢箱梁时,通过增加主梁梁高来提高竖向刚度会较不经济,综合考虑后梁高取4.5 m;(2)索塔高度取96 m,塔柱截面取7 m×4 m;(3)斜拉索采用双索面扇形空间布置,索塔锚固间距2 m,斜拉索在主梁上锚固间距为8 m,斜拉索与主梁夹角为30.3°～78.3°;(4)辅助墩位置选择距离主塔96 m;(5)三塔斜拉桥在城际铁路荷载作用下受力良好,具备推广的价值。     

基于桥梁动力响应差和提升小波变换识别梁桥损伤

基于损伤桥梁在移动车辆荷载下的动态响应特点以及提升小波变换在奇异性检测方面的优越性能,提出了对不同大小移动车辆荷载作用下的单点桥梁加速度响应差值进行提升小波变换,通过提升小波系数峰值识别桥梁损伤的不依赖无损模型的损伤检测方法。数值分析表明,该方法可以有效识别不同程度、不同位置和多处桥梁损伤。其次,讨论了不同测点位置、荷载速度、噪声水平对损伤识别效果的影响,表明该方法具有较好的抗噪性;测点距离损伤位置越近,损伤识别效果越好;当荷载速度过大时,损伤信息易被淹没,损伤效果变差。     

基于概率密度演化的斜拉索多级变幅时变疲劳可靠度分析

拉索是斜拉桥的主要受力构件,在车辆、风等交变荷载作用下易发生多级变幅疲劳损伤,而经典可靠度方法预测多级变幅时变疲劳可靠度难度大且计算效率低。针对这一问题,提出一种高效的多级变幅斜拉索时变疲劳可靠度预测方法。基于Miner累积损伤理论,建立同时考虑荷载和材料随机性的变幅疲劳损伤概率演化模型;构建应力幅出现频率指标,解决多级变幅疲劳损伤演化过程中偏微分方程难以确定问题,通过概率密度演化方法精确计算多级变幅时变疲劳可靠度,并采用五级变幅材料试验数据和某桥梁斜拉索的模拟数据验证所提方法的可行性。结果表明:所提方法的计算效率远高于蒙特卡洛方法;在小概率失效时,其计算精度高于蒙特卡洛方法。     

基于人工神经网络的混合梁斜拉桥智能诊断方法研究

研究目的:本文以天津市河北大街混合梁斜拉桥为工程背景,基于人工神经网络模型,提出适用于混合梁斜拉桥的分步识别方法,分别采用概率和径向基函数神经网络对子结构和钢主梁子结构局部构件进行损伤识别.此外还提出适用于钢主梁局部构件识别的动-静组合损伤指标,并建立相应的径向基函数网络模型,分别针对单损伤、双损伤和三损伤的不同损伤情况进行数值模拟.研究结论:识别结果表明:(1)本文所提出的分步识别方法具有较高的识别精度,网络识别速度快,适用于大型混合梁斜拉桥的智能诊断过程;(2)所提出的动-静组合损伤指标对混合梁斜拉桥的局部损伤识别也较为敏感;(3)单处损伤测试工况中,识别精度几乎高达100％;(4)在两处和三处损伤测试工况中,位置识别正确率分别达到82.61％和78.3％.     

考虑作业工况的架桥机主梁损伤识别研究

为防止架桥机主梁损伤诱发安全事故,进行作业工况下架桥机主梁损伤识别研究。以SXJ900/32型架桥机为研究对象,基于其架梁作业过程中主梁支承随时变化的现状,根据变形协调条件推导SXJ900/32型架桥机简化模型的力法方程;利用虚功原理求解结构挠度影响线的函数解析式,探求主梁支点存在高差情况下,基于挠度影响线曲率曲线的主梁损伤识别技术,并通过架桥机有限元模型仿真模拟进行验证分析。结果表明:利用架桥机主梁上测点的挠度影响线曲率曲线,可识别架桥机主梁的单点和多点损伤,但损伤处与测点的相对位置关系对损伤识别效果具有一定影响,结合2个测点的挠度影响线曲率曲线可取得最优识别效果;此外,利用挠度影响线曲率曲线不仅可识别损伤位置,还可较准确地量化判断损伤程度。     

列车荷载作用下平行钢丝拉索疲劳寿命评估

为研究列车荷载下平行钢丝拉索疲劳寿命,利用斜拉索内平行钢丝的疲劳寿命模型,基于Miner线性疲劳累积损伤准则推导了平行钢丝拉索任意一根钢丝疲劳破坏所经历的循环次数,采用Monte-Carlo方法模拟斜拉桥疲劳寿命的概率分布.以一座现役大跨径斜拉桥为背景工程,分别建立了有91根钢丝的普通拉索疲劳寿命模型和有109根钢丝的...     

振动频率法测量斜拉桥索力的影响因素研究

斜拉索是斜拉桥的主要受力构件。在施工阶段斜拉索的索力对主梁的线形控制及内力的分布起决定性作用;在成桥及运营阶段斜拉索的索力依然影响着主梁和塔柱的内力和线形。通过调整拉索索力,可以使斜拉桥结构处于理想的工作状态,因此索力的准确测量是非常重要的。以天水市藉河斜拉桥为工程背景,研究振动频率法测量索力的影响因素。通过现场实测数据对垂度、阻尼器、频率等因素作了详细的比较研究,结果表明:垂度对索长超过50 m且自重张力比23.89的拉索影响较大;若忽略斜拉索垂度的影响,频率阶数对测量的结果影响较小。     

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。     

高速铁路斜拉桥上无缝线路纵向力研究

采用带刚臂的梁单元模拟桥梁,用非线性弹簧模拟线路纵向阻力,并采用相关文献试验结果进行验证。以该模型为基础,建立塔-索-轨-梁-墩-桩的斜拉桥整体空间有限元模型。以沪昆高速铁路某(32+80+112)m槽型截面单塔斜拉桥为例,对斜拉桥上无缝线路纵向力传递规律进行分析;计算纵向力对斜拉索和塔墩影响;探讨桥梁截面形式、线路纵向阻力模型、斜拉桥约束方式、主梁和拉索温度变化、风压以及钢轨伸缩调节器设置位置等设计参数对纵向力影响;提出相关取值建议。     

大跨度铁路斜拉桥换索方案设计与受力性能分析

由于斜拉索安全性病害和功能退化,斜拉桥在运营一定年限后需进行拉索更换。以某大跨双线铁路斜拉桥为工程背景,提出一种适用于铁路斜拉桥的斜拉索更换方案,该方案仅对出现病害的单根拉索进行拆除更换,无需中断桥上铁路行车。基于空间非线性有限元手段,计算拉索更换所致结构效应。结果表明,拉索更换会引起轻微的主梁线形不平顺和结构竖向刚度降低,桥面列车需作限速通行要求,换索状态下,桥梁各构件受力均满足规范要求,本文提出的换索方案是安全可行的。结合计算结果,针对换索方案的拉索张拉工艺和施工条件提出建议,以保证换索施工全过程的桥梁受力合理性。     

桩土作用下公铁两用斜拉桥强地震倒塌研究

研究目的:为研究桩土相互作用下大跨度公铁两用斜拉桥在强地震作用下的倒塌破坏机理,本文基于显式动力有限元法,以某公铁两用钢桁架梁斜拉桥为工程实例,建立该斜拉桥倒塌破坏分析的数值模型,探讨地震波作用于水平纵向的倒塌破坏全过程。研究结论:(1)首先边墩和辅助墩均出现了明显的屈服破坏,且破坏位置均在墩底部,其次主塔上横梁位置和主塔下横梁位置出现屈服破坏从而导致主塔结构的屈服破坏,最后在结构倒塌破坏过程中伴随着端部少数斜拉索的断裂破坏;(2)对整体结构倒塌破坏起关键作用的构件及破坏位置为辅助墩墩底、边墩墩底、边墩支座、主塔上下横梁连接部位及主塔底部;(3)在斜拉桥的倒塌过程中会伴随少数端部斜拉索的断裂破坏,该位置处的拉索出现失效破坏的概率最大,但不是引起结构倒塌的主要原因,同时大部分斜拉索出现了较大的索力变化幅度,因此应该保证斜拉索具有足够的设计承载能力安全系数以防由于拉索断裂失效而引起的结构倒塌破坏;(4)本研究成果可为斜拉桥抗倒塌设计和地震易损性研究提供参考。     

矮塔斜拉桥塔高优化

本文以主梁弯曲应变能最小及塔高最小为目标函数 ,建立了矮塔斜拉桥塔高优化模型 ,探讨了通过调整拉索初张力优化 (降低 )矮塔斜拉桥塔高的可行性。本文以一矮塔斜拉桥为背景 ,分析了独塔两跨矮塔斜拉桥塔高变化时调整拉索初张力的效果 ,对进一步认识矮塔斜拉桥的结构性能及同类桥梁的塔高优化设计有一定的参考意义     

车辆超载对矮塔斜拉桥可靠度影响分析

研究目的:由于我国现代化工业建设的快速发展,致使运营车辆超载现象成为常态。超载问题将会直接造成在役桥梁的损伤,削弱结构的耐久性能,致使桥梁承载潜力降低,甚至危及安全运营。本文以一实际矮塔斜拉桥为工程背景,以大型有限元分析软件MIDAS/CIVIL为分析为手段,以疲劳可靠度理论为基础,对车辆超载工况下矮塔斜拉桥的受力影响进行有限元模拟分析,研究车辆超载对斜拉索疲劳可靠度的影响。研究结论:(1)通过有限元计算不同荷载工况下拉索的应力幅值和疲劳可靠度值,可知在120 t活载作用下,其拉索的疲劳可靠度降到了0.8左右。(2)设计单位应充分认识重车以及超载车辆对桥梁结构影响的重要性,从设计阶段就考虑超载车辆对桥梁结构的影响,以提高桥梁结构的安全性以及使用寿命。     

部分斜拉桥的力学性能及其界定

部分斜拉桥正作为一种新桥型在国内蓬勃发展,本文概述部分斜拉桥的发展趋势,在分析部分斜拉桥力学性能时,引入部分斜拉桥“荷载效应影响度”的概念,来定量分析部分斜拉桥的斜拉索对结构受力的贡献。在此基础上,提出能综合反映部分斜拉桥结构性能的“部分斜拉桥特征参数”。该参数能很好地综合反映部分斜拉桥结构的主要设计参数———塔高、索面积、主梁刚度对结构的影响,并对国内一典型的部分斜拉桥进行基于荷载效应影响度的特征参数分析。通过部分斜拉桥“荷载效应影响度”和“部分斜拉桥特征参数”的相关性,定量分析部分斜拉桥的力学特性。本文对国内10座斜拉桥进行基于荷载效应影响度的特征参数分析后得出,用“部分斜拉桥特征参数”能综合反映部分斜拉桥的力学特性,并可区分部分斜拉桥与普通斜拉桥。因此,采用基于荷载效应影响度的斜拉桥特征参数来界定部分斜拉桥,是全面准确的。     

斜拉桥箱形主梁斜腹板的合理厚度分析

针对斜拉桥中双箱式主梁,采用三维有限元分析方法,建立具有不同斜腹板厚度(18 cm,24 cm,30 cm,35 cm,40 cm)的5个箱形主梁有限元模型,分析其空间应力分布特点,归纳出斜拉桥中此类双箱单室倒梯形截面的薄弱环节及斜拉桥箱梁在不同斜腹板厚度下的应力变化。考虑到梁段以外附近区域的作用,在其两端截面上施加由平面杆系结构分析所得的端面内力,另外,索力和预加力(梁纵向、横隔梁横向、斜腹板竖向)也施加在相应的位置,分析了不同工况下箱形主梁在自重、索力和预应力作用下的空间应力效应。通过对以上工况计算结果的静力分析,归纳出斜拉桥中此类双箱式截面的应力分布特点,并提出斜腹板厚度的合理化建议。分析表明:斜腹板厚度为30 cm左右时,主梁的应力分布比较合理。