桥梁移动荷载的识别与参数分析

采用样条函数逼近法对简支梁桥与多跨连续梁桥上移动荷载进行识别和参数分析．由欧拉梁理论与模 态叠加法,建立了移动荷载作用下的梁桥运动方程;利用样条最小二乘法逼近应变响应;由Tikhonov正则化方 法与奇异值分解得到了荷载识别的正则解．数值分析中,对简支梁和三跨连续梁上的移动时变力和车桥接触 力进行了识别,并对影响因素进行了参数分析．研究结果表明,采用样条函数逼近法能有效地识别简支梁与 连续梁桥上的移动荷载,具有很强的实用性和抗噪性能,且对简支梁桥移动荷载的识别精度和抗噪性能均高 于连续梁桥;采用Tikhonov正则化方法能够得到荷载识别的稳定解,并可提高识别精度和降低噪声敏感性．     

基于BP神经网络的桥梁移动荷载识别精度

为了识别作用于桥梁结构上的移动荷载,基于反向传播神经网络方法,开展了输入参数对荷载识别精度影响的分析.首先利用ANSYS模拟移动集中力通过简支T梁桥,得到了主梁跨中位移、速度和加速度时程曲线;其次基于MATLAB建立反向传播神经网络结构,分别将桥梁结构的位移、速度和加速度动态响应数据作为反向传播神经网络的输入参数,移动荷载大小作为输出参数,研究不同输入参数对荷载识别精度的影响;然后分别选取位移和速度、位移和加速度、速度和加速度以及三者组合的工况进行多参数输入的优化设计;最后,以某4跨预应力混凝土连续T梁桥工程为背景,以重车下的竖向加速度实测数据验证了该反向传播神经网络用于识别实桥上简单移动荷载的可行性.结果 表明:利用反向传播神经网络进行移动荷载大小识别时,单输入参数的识别精度由高到低依次为加速度、速度、位移,建议在实际工程中采用较易获取的加速度数据作为输入参数进行荷载识别;多参数组合输入可以提高移动荷载的识别精度,其中速度和加速度组合可以实现较优的识别效果;实测数据证明了该反向传播神经网络用于简单的实桥荷载识别是可行的.相关研究结果可为桥梁载荷识别及桥梁结构的性能评价提供参考.     

基于同步挤压小波变换的结构时变参数识别

提出了采用同步挤压小波变换的方法识别移动车辆荷载作用下桥梁时变参数.首先介绍了基于挤压小波变换的时变参数识别理论方法,随后用两层框架结构数值算例验证提出方法的有效性和精度.设计建立了移动小车通过钢梁的试验模型,建立结构的有限元模型并利用模态试验的结果对模型进行校正.采集车辆通过主梁时的加速度响应和应变响应,由应变数据估计小车不同时刻在梁上的位置,对加速度响应数据采用提出的方法识别结构的瞬时频率,与有限元计算的结果进行对比分析.研究结果表明:提出的方法能有效准确地识别时变结构的瞬时频率,具有一定的抗噪性.     

基于静力荷载试验的连续箱梁桥结构有限元模型修正

建立了基于静力荷载试验的连续箱梁桥结构有限元模型修正方法.该方法主要包括实桥静力荷载试验、桥梁结构有限元建模、有限元模型参数修正等步骤.利用该方法对某高速公路五跨预应力连续箱梁桥进行有限元模型修正,得到了与桥梁实际静力荷载试验实测响应一致的桥梁结构静力有限元模型.经过修正的桥梁结构有限元模型(参数)是桥梁结构性能评价等结构分析工作的基础.     

基于多尺度奇异谱分析的转子碰磨诊断的数值仿真

针对从系统时间响应谱分析的角度研究转子碰磨故障的识别和诊断问题，提出了一种新的基于多尺度奇异谱分析的故障诊断方法．该方法首先建立转子碰磨模型，并用龙格-库塔法求解碰磨转子的运动方程得到碰磨转子的时间响应；其次构造了一种简单的多尺度奇异谱分析方法，用不同尺度下的各阶经验正交函数作为分析函数；最后用提出的多尺度奇异谱分析方法分析了碰磨转子和正常转子的时间响应信号．数值仿真结果表明，具有数据自适应的分析函数能够捕获信号的不同特征，通过比较不同阶次的分析函数分析的结果，可以有效地对转子碰磨进行识别和诊断．     

稳定车流荷载下装配式梁桥静力效应分析研究

交通流荷载引起的桥梁结构活荷载效应大，研究组合梁桥在统计稳定交通流荷载作用下的应变和挠度，可以揭示结构的静力效应和动力响应规律，进而评价结构的使用性能.采用先进的桥梁结构健康监测技术，对交通流荷载参数进行采集和分析.首先，根据交通流荷载模型中各参数的概率分布函数，综合统计稳定的交通流荷载，应用简化的桥梁力学模型；其次，利用方差和相对熵来判断静态效应的期望、方差和概率密度函数的统计稳定性.最后，分析了静力效应达到统计稳定状态时全桥面预制梁在不同位置的静力效应期望、方差和概率密度函数的演化规律.     

基于车桥耦合振动的等截面连续梁桥多损伤识别研究

文章选用1/4车辆模型，用单元刚度的减少模拟裂缝损伤，对等截面连续梁桥进行损伤识别研究。利用MATLAB中的Cftool模块拟合离散的振型数据得到振型函数，再利用MATLAB模拟车辆匀速驶过桥梁的过程，求解车桥耦合振动方程，可得车辆与桥梁特殊位置的响应。研究结果表明：通过车体竖向速度响应比无损时增大的位置可以识别桥梁的损伤跨；根据车辆行驶到损伤跨时对应的该跨跨中竖向位移响应与无损时存在偏差的位置，可以识别桥梁存在损伤的范围；通过偏差的大小可以判断损伤的大小。     

基于逐步优化算法的随机波浪荷载反演

根据实测结构响应反演得到所受波浪的荷载时程,可为海洋结构的设计和健康监测提供可靠的荷载信息。因此,提出了一种基于逐步优化算法的随机波浪荷载反演方法。该方法在用Newmark-β法离散求解结构响应的基础上,针对每两个相邻时间点建立目标函数,以加速度时程为输入,逐步识别一系列时间点上的波浪荷载。由于每一个时间点上的荷载是根据上一个时间点的荷载和响应信息递归推导而来,每一步的荷载求解问题规模较小,导致整体荷载的反演效率较高。以一个二层海洋结构为算例,验证出:该方法能有效识别随机波浪荷载,且抗噪能力较强。     

基于改进响应面法的在役PC桥梁承载力可靠性

提出改进响应面法研究在役PC桥梁承载力可靠性问题。利用神经网络模型拟合功能函数,采用JC法计算出桥梁结构构件的可靠指标,并进行了可靠性分析。工程实例分析表明：该方法建立的神经网络模型能够显示化表示复杂的桥梁承载力功能函数;随着使用年限的增长,桥梁上部结构的可靠指标计算值逐渐减小,说明上部结构抗力出现衰减;应用改进响应面法对在役PC桥梁承载力的可靠性计算是可行的。     

基于布谷鸟搜索算法的动载荷识别

工程结构经常受到动荷载的作用,对结构产生不利的影响。为了准确有效地获取结构承载状态,提出了基于Newmark-β法的布谷鸟搜索算法识别动载荷。该算法将时间离散成若干个时间步,采用Newmark-β法对离散后系统的运动方程求解,得到动载荷作用下的结构响应;然后将动载荷响应作为优化变量,以计算响应和测量响应之间的差异为目标函数,利用布谷鸟搜索算法最小化目标函数,实现动载荷的反演。为了验证算法的准确性和有效性,以受动态载荷作用的简支桥梁为例进行反演,分别讨论了鸟巢数量、测点位置、测点数量以及测量噪声对反演结果的影响。数值算例表明,该方法可准确有效地反演动载荷。     

基于APDL的桥梁参数化建模方法

以混凝土斜拉桥A字型桥塔为例,基于APDL语言研究桥塔有限元参数化建模方法.首先研究相关特征提取算法,提取斜拉桥点云模型特征点;然后使用ANSYS软件,建立桥塔有限元参数化模型;最后分析模型结构,建立相关数学约束关系.该方法实现了对有限元模型的参数化控制,缩短了有限元模型建立的周期.     

移动载荷作用下起重机主梁损伤识别

作为桥式起重机上关键部件,主梁的安全性受到极大关注.以桥式起重机主梁为研究对象,对移动载荷作用下主梁裂纹损伤进行识别研究.首先建立主梁有限元模型,通过生死单元法杀死损伤单元模拟裂纹损伤,利用ANSYS瞬态动力分析法实现移动载荷加载,并将获得的主梁位移信号与解析解进行对比;然后对位移信号差分获取加速度信号,应用小波变换对主梁1/4、1/2、3/4位置的加速度信号进行分解,分析后选择包含损伤信息的高频部分小波系数构建损伤定位系数来实现损伤定位;最后利用损伤定位系数能量的对数构建损伤程度系数,结合模型匹配法,利用三次样条拟合建立损伤程度方程,识别损伤程度.该研究为起重机主梁移动载荷下的损伤识别提供重要理论参考.     

波动问题中桥梁转体结构等效动力计算模型

研究铁路环境振动在转体桥梁中传播的波动问题时,转体结构的模拟至关重要。精细化建模能够有效提高结果的准确性,但其建模过程较为复杂且求解需耗费大量计算时间。为了提高波动问题的求解效率,基于结构动力学中阻抗等效原则对转体结构复杂几何进行了简化,推导了等效计算公式,建立了等效的动力计算模型,通过将实测的加速度时程作为输入,求解结构振动响应,并结合精细化有限元模型和现场振动试验的结果验证其准确性。研究表明：本文所提出的等效动力计算模型可得到较为精准的响应结果,且求解时间仅为精细化有限元模型的29%。该模型具有建模简单、计算快速等优点,能够为研究转体桥梁波动问题提供一种新的建模思路。     

随机车辆荷载作用下大跨悬索桥振动响应研究

以润扬长江大桥悬索桥为工程背景,提出了一种随机车辆荷载作用下大跨悬索桥振动响应计算方法。在准确的悬索桥有限元模型基础上,根据实测车辆统计数据采用指数分布模拟随机车流,进而分析悬索桥动力响应。分析结果表明：结构各关键部位按动力学方法计算的响应更能反映实际情况;悬索桥1／8点与7／8点处位移响应最为剧烈,在桥梁运行状况的监测中,应重点关注这两个关键区域;车辆超载对桥梁结构的动力响应有显著影响,在日常运营管理中应严格控制超载车辆的通行。     

弯桥静动载试验评估

本文结合一座钢箱梁弯桥,在充分考虑弯桥受力特点的情况下建立有限元计算模型．并计算分析了设计活载及试验荷载作用下结构的静动载响应。同时,基于理论分析结果对该桥进行了现场静动载试验研究及评估     

移动车辆加载下梁桥挠度影响线识别与损伤诊断方法

为了解决桥梁实测时程响应中存在结构动力成分与车辆多轴效应干扰的问题,提出一种基于挠度影响线识别结果的简支梁桥损伤诊断方法。首先,通过变分模态分解与小波变换法对桥梁时程响应进行预处理,以实现桥梁实测响应动力成分剥离,进而建立多轴车辆信息矩阵和影响线识别模型,从而剔除桥梁实测响应中车辆多轴效应,采用Tikhonov正则化方法识别出桥梁准静态挠度影响线,最后利用影响线差值曲率指标对桥梁损伤进行定位。研究通过两轴和三轴车辆移动加载下的车桥耦合模型验证所提方法的可行性与有效性。研究表明：所提两种影响线识别方法有效、可靠,影响线识别效果受车速和车型的影响较小,其中变分模态分解方法在车辆高速行驶下识别桥梁影响线用于损伤诊断效果更佳。     

大跨度公路斜拉桥车桥耦合振动竖向响应分析

在数值分析软件MATLAB平台上,运用三角级数法将桥面不平顺模拟为具有各态历经的平稳随机过程．根据有限元法建立大跨度斜拉桥分析模型,将车辆模拟为5个自由度的质量一弹簧一阻尼体系,分别建立车辆和桥梁结构的振动微分方程,通过位移协调和力的平衡条件形成车桥系统的耦合振动微分方程．采用Newmark—β法,利用有限元分析软件ANSYS编写了迭代计算的APDL命令流,进行主跨为550m的福建长门大跨度公路斜拉桥的车桥耦合振动分析．计算结果表明：桥梁结构动力响应随桥面状况的恶化而显著增大,随结构阻尼的增大而近似呈线性关系减小．随车重的增加而先增大后减小,在开始阶段,响应迅速增大,而后缓慢减小．     

基于振动响应的导管架平台极限承载能力分析

为评估到达一定服役期限的导管架平台结构安全性能,提出基于振动响应的平台时变极限承载能力分析方法。以东海某气田导管架平台为对象开展振动监测研究,采集不同海况下平台上部组块的加速度响应,通过随机减量法对平台振动响应数据进行特征函数提取,分别采用时序分析法和复指数法对预处理数据进行动力学参数识别。借助有限元分析建立不同损伤状态下平台固有频率数据库,通过与模态参数识别数据对比识别出平台结构健康状态。应用时域分析法进行平台非线性动力学分析,并结合极限承载能力评估准则建立动力极限承载能力分析方法。结果表明,基于振动监测分析结果的平台修正模型能较准确地反映在役平台结构健康状态,可实现平台的结构抗力的精确评估,得到不同服役期导管架平台结构时变抗力变化规律。     

龙卷风作用下大跨度桥梁车-轨-桥耦合振动及行车安全性

为研究龙卷风作用下大跨度桥梁车-轨-桥系统动力响应及行车安全性,首先以Kou-wen三维模型模拟龙卷风速度场,基于准定常理论确定了移动龙卷风作用下车辆和桥梁风荷载时程. 然后,分别采用多体系统动力学和有限元理论建立列车和轨道-桥梁子系统动力方程,基于轮轨空间非线性接触建立风-车-轨-桥系统动力方程,并采用分离迭代法求解系统动力响应. 数值算例中,以某公路铁路两用斜拉桥为研究对象,通过风洞试验和CFD数值模拟确定车辆和桥梁气动力系数,分析了龙卷风移动路径、强度等级和行车速度对车-桥系统动力响应及列车行车安全性的影响. 结果表明：桥梁竖向振动响应比横向显著,且龙卷风竖向风速对桥梁竖向位移起控制作用 . 当车辆经过风荷载最大位置时,车辆的横向和竖向振动响应均达到最大值,且车辆动力响应受龙卷风荷载和桥梁动力响应共同影响. EF1级和EF1.3级龙卷风作用下,列车安全通过的车速阈值分别为180 km/h和114 km/h.