基于LSTM神经网络的桥梁损伤预警方法

为准确把握桥梁服役期内的健康状况,提高损伤评估效率,基于泗安塘大桥主桥某年多个测点的车致应变数据,建立了一种桥梁损伤预警方法。首先使用长短时记忆(LSTM)神经网络建立了车辆荷载作用下桥梁不同测点的多输入相关性模型,之后建立桥梁有限元模型模拟有损工况的桥梁状态,并提出损伤评估指标,最后根据损伤评估指标进行桥梁损伤预警。结果表明：采用LSTM神经网络建立的多输入相关性模型能够实现桥梁任意测点间车致响应的高精度预测;基于有限元模拟的车致应变提出的4个损伤评估指标能对假定的桥梁损伤进行明显识别;对泗安塘大桥主桥进行状态评估,4个损伤评估指标均稳定分布在一定的范围内,表明该桥近期没有增加新的损伤;建立了基于多测点的结构损伤评估指标体系,设定同时刻75%及以上的损伤评估指标超限时发出预警。     

大直径盾构隧道斜螺栓环缝抗剪特性研究

以大直径盾构隧道施工过程中管片上浮错台问题为背景,研究大直径盾构隧道环缝结构的抗剪特性,从结构承载力角度提出有效且可控的抗浮措施,并深入探究环间错台对隧道结构的影响,以确定大直径盾构隧道环间变形控制标准,减小隧道环间错台引起的管片损伤。以深圳妈湾跨海通道为依托,基于材料塑性损伤本构,考虑管片接缝细部构造,根据相关管片环缝剪切原型试验对接缝抗剪数值模拟方法的有效性进行验证。随后,利用数值模拟研究了环向接缝顺剪、逆剪和切向剪切时的错台现象和破坏特征,分析了斜螺栓、凹凸榫对环缝抗剪特性的影响,为大直径盾构隧道环缝结构的抗浮设计和安全评价提供依据。研究表明:环缝剪切错台数值计算结果与试验结果吻合良好,能够有效揭示接缝剪切过程中结构的变形特点和损伤特性;环缝接缝的剪切错台过程较为复杂,呈阶段性特征,螺栓和凹凸榫的受力状态是决定接缝抗剪特性的关键因素;凹凸榫能显著提高接缝抗剪刚度和承载力,但也带来接缝应力集中和张开过大等问题,设计和施工过程中需充分考虑接缝刚度和变形的适应性;基于环缝错台损伤分析,提出了环缝变形的三级安全评价指标,大直径盾构隧道接缝变形必须控制在Ⅱ级以内,以保证隧道的结构安全和正常使用性能。     

基于有限元方法的复合钢混凝土桥梁热点应力分析研究

通过建立复合钢混凝土疲劳危险部位焊接构件的三维有限元模型,围绕桥梁交通荷载作用下局部热点应力和疲劳损伤累积进行分析,获得合适的在役钢-混凝土桥梁关键焊接构件的疲劳损伤评价方法。研究结果表明:采用大桥有限元模型进行动力特性分析,模型计算固有频率和实测值最大误差在10%以内,计算的动力特性和设计测试阶段特性相符;钢混凝土桥梁纵向加劲桁架细节热点应力区域出现在上下弦杆与对角撑、盖板连接处,与焊缝构件最大疲劳损伤位置一致,主梁框架热应力出现在靠近公路外侧梁腹板连接处;通过线性米勒准则获得的疲劳损伤累积呈线性变化,在高周疲劳损伤初期损伤率增长较慢,后期较快,适用于在役结构疲劳寿命评价。     

基于混凝土细观模拟的盖梁裂缝成因分析

钢筋混凝土桥梁出现裂缝是常见病害,以往对裂缝研究都是从宏观角度考虑,不能很好地反映裂缝从产生到扩展的过程。现从混凝土裂缝形成机理进行分析,对混凝土随机骨料模型进行开裂数值试验,建立混凝土损伤变量与应变关系,并结合实桥盖梁出现裂缝的案例,建立盖梁损伤前后模型来验证裂缝成因。     

基于直接拉伸试验的钢纤维混凝土损伤特性研究

结合DIC技术对预埋螺栓式钢纤维混凝土试件展开直接拉伸试验,研究了钢纤维体积掺量、钢纤维长度和钢纤维类型对钢纤维混凝土开裂模式、抗拉强度、峰值应变以及裂后延性的耦合影响规律。研究结果表明：钢纤维混凝土在直接拉伸过程中的开裂声响、裂缝形态及裂缝数目等特性受钢纤维掺量影响显著;掺入钢纤维后混凝土的抗拉强度、峰值应变及裂后延性均有不同程度增加;相较于铣削型钢纤维浇筑时易出现重叠和成团现象,端钩型钢纤维更易浇筑均匀及密实,与混凝土基体间形成更加紧密的黏结,拉伸后期端部弯钩的变形抵抗力提升了桥联作用,端钩型钢纤维对抗拉强度和裂后延性的提升表现较优越。结合DIC结果进一步揭示了钢纤维混凝土直接拉伸作用下的细观破坏机理,钢纤维混凝土拉伸破坏可以分解为4个阶段：Ⅰ弹性阶段、Ⅱ细观裂缝稳定扩展阶段、Ⅲ裂缝失稳扩展阶段、Ⅳ纤维拔出阶段。根据试验结果建立了综合考虑混凝土基体特性、钢纤维体积掺量、钢纤维长度及钢纤维类型影响的钢纤维混凝土应力-应变模型,在此基础上,引入拉伸损伤因子综合考虑抗拉强度、峰值应变以及裂后延性对钢纤维混凝土损伤发展特性的影响。     

基于响应灵敏度的桥梁下部结构损伤识别方法研究

为实现桥梁下部结构横、竖向状态的同步识别,以多跨简支梁桥下部结构为研究对象,提出了基于响应灵敏度的桥梁下部结构损伤识别方法。首先,基于车桥耦合动力分析理论推导了桥梁下部结构响应灵敏度方程;其次,基于响应灵敏度模型修正算法和数值算例对所提方法的有效性和抗噪性进行了验证。结果表明：(1)当梁体、墩身、基底约束同时损伤时,所提算法可准确、有效地识别墩身单元刚度和基底约束刚度值;(2)所提算法具有较强的抗噪性,在5%噪声影响下仍能有效识别墩底弹性支承的损伤,并能准确定位损伤桥墩单元位置和识别损伤值。     

山体落石损伤桥梁的维修加固

介绍因山体落石造成桥梁破坏的常见损伤特征及可行的加固方法.通过工程实例分析,宜根据损伤的具体情况优选加固方法,才能达到科学、高效、便捷加固的目的.     

自动驾驶汽车中乘员在不同座椅朝向下的损伤风险及规避策略

在高度自动化车辆（Highly Automated Vehicle,HAV）中,由于不再需要驾驶人,乘客之间可以实现面对面的交流,这给车辆座椅的布置提供了更大的灵活性。为提高HAV的碰撞安全性,提出使用旋转座椅来改变人体朝向与碰撞方向相对位置的规避策略,其基本思路是在碰撞发生前通过主动改变座椅朝向来降低乘员损伤。首先,利用尸体试验数据对所建立的碰撞模型进行验证;然后,基于4种不同的座椅朝向,利用THUMS^TM人体模型进行初始速度为56 km·h^-1的正面碰撞模拟试验,以确定相对安全的座椅朝向位置;最后,预测座椅旋转过程本身以及旋转至某位置后发生碰撞的乘员损伤风险。在静态正面碰撞中,选择0°、90°、135°和180°四种不同的座椅朝向进行乘员损伤预测和比较,结果表明180°朝向时的乘员损伤风险最小。在此基础上,模拟了200 ms内将座椅旋转±45°和±90°,以及分别在0 ms和100 ms时间延迟后引入碰撞的试验过程。研究结果表明：200 ms能够将乘员旋转±45°和±90°而不引起额外的人体损伤,并且在无时间延迟时,旋转至背对碰撞方向的乘员损伤,比正面碰撞中0°、90°和135°座椅朝向的乘员损伤更低,证明了该损伤风险规避策略的有效性。     

基于长期损伤累积作用下隧道结构的抗震动力学分析

考虑地铁隧道因初始损伤缺陷长期累积作用对结构所造成的影响,以北京地铁10号线双井站为工程背景,引入相关文献提出的刚度折减理论,探索了对初始损伤缺陷的简化描述;在此基础上利用FLAC 3D有限差分软件,进行了部分嵌入初始损伤缺陷模型的二次程序设计,对含初始缺陷累积效应的地铁隧道在运营动载作用下抗震动力学行为进行了数值仿真研究。结果表明,初始损伤缺陷在长期的累积作用下,对隧道结构的抗震性能有一定的影响;通过分析不同运营阶段的抗震动力响应结果,可以发现随着隧道结构损伤缺陷的不断累积,即刚度的减小,隧道结构中的某些关键控制点,如拱肩、仰拱和拱顶的位移均出现增大的趋势,其应力均表现出不同程度的衰减,且隧道结构周边土体的剪切破坏区域逐渐减小。研究结果对于进一步探索初始损伤缺陷累积作用下隧道结构的灾变机制有重要参考价值。     

沥青混合料预缺口试件直接拉伸疲劳损伤分析

为了研究沥青混合料疲劳损伤断裂特性,应用断裂力学积分守恒定律,提出一种关于沥青混合料对称边缺口试件拉伸疲劳损伤的封闭解法,并根据有限元计算与有关试验结果的对比,确定了合适的试件缺口处应力集中系数和沥青混合料疲劳损伤特性参数,同时证明了在拉伸疲劳试验情况下所提出的沥青混合料非线性疲劳损伤模型的有效性.根据非线性有限元计算,分析了沥青混合料含缺口试件拉伸疲劳损伤开裂、裂纹扩展过程,讨论了不同阶段试件内部损伤度、拉应力的分布规律,以及它们和试件位移、疲劳寿命随预制裂纹起裂、扩展的变化规律.研究结果表明:基于疲劳损伤有限元和Paris公式的沥青混合料含缺口拉伸试件的疲劳损伤分析结果与直接拉伸疲劳试验结果基本一致,但基于Paris公式的计算结果无法反映试件在起裂和扩展初期阶段裂纹扩展速率的变化情况.