基于振动测试的大跨桥梁损伤检测

文章将基于振动测试的大跨桥梁损伤检测分为 4个阶段 ,介绍了大桥损伤检测中的振动测试和有限元模型建立 ,着重讨论了几种常用的损伤检测方法 ,包括损伤指标法、反分析法、模式识别法和异常检测法 ,并对其进行了比较分析 ;对现有损伤检测方法用于大跨桥梁存在的一些问题 ,指出了今后的研究方向     

基于小波包能量谱的大跨斜拉桥拉索损伤预警方法

为了实现对大跨斜拉桥拉索损伤的有效预警,将小波包分析应用于结构损伤预警中.在基于小波包能量谱的结构损伤预警理论的基础上,提出了大跨斜拉桥拉索损伤的预警方法,并以润扬大桥斜拉桥为例,研究了这种方法的损伤适用性和损伤敏感性.数值分析结果表明,与频率等动力参数相比,采用基于小波包能量谱的结构损伤预警指标能更有效地发现大跨斜拉桥拉索的早期损伤,且通过对多测点损伤预警指标的分析与比较能初步实现拉索的损伤定位.可见,该结构损伤预警方法具有实用性,对结构损伤定位亦有帮助.     

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。     

考虑环境因素影响的动态法桥梁损伤识别

如何考虑因环境条件变化而引起的结构动力特性的变异性是动态法桥梁损伤识别中的一个难点.文中利用非线性主成分分析技术,提出一种新的桥梁结构损伤识别方法.首先通过构建自联想神经网络对无损结构在不同环境条件下识别得到的单元刚度样本集作非线性主成分分析,建立反映环境因素影响的非线性变换模式.然后,将未知状态结构在不同环境条件下识别得到的单元刚度样本集输入所构建的网络,通过对网络输出与目标间的网络输出残差作统计分析,实现损伤识别与定位.最后以一座简支梁桥为例进行数值仿真分析,验证了所提出方法的有效性.     

Cross spectral energy method for damage assessment of the cable-stayed bridge under operational conditions

The new cross spectral energy method （CSEM） is proposed for maintaining cable-stayed bridge safety by the measurable output-only vibration response. Damage assessment of real structures is limited by a series of problems such as unknown ambient excitation forces, errors introduced by system identification, incomplete dynamic measurements, etc. Thus the methodology based on cross spectral energy of each substructure member is derived to meet these challenges. The novel damage index does not require any modal or parameter identification technology. It can be calculated directly from vibration test data. In order to evaluate the efficiency of the presented methodology, a three dimensional （3D） actual cable-stayed bridge model .with one or more damaged positions under operational conditions was studied. In order to testify the reliability of damage detection method, the response data was polluted by the random noise. It is proved that the proposed method can successfully localize all damage cases even in noisy data. With the help of examples, the CSEM can potentially be applied as a nondestructive evaluation technique （NDT） for on-line health monitoring of cable-stayed bridges with minimum disruption of its operations.     

基于动力指纹的斜拉桥桥塔冲刷深度识别方法

提出了一种基于动力指纹的斜拉桥桥塔冲刷深度识别方法.利用理论分析得到不同冲刷深度与所提出的动力指纹之间的定量关系;进而在常规桥梁检测中得到桥梁野外状态下的动力特性实测数据,通过反演分析利用预先得到的定量关系最终得到对应的桥塔冲刷深度.为研究该方法的适用性与可行性,分别提出全桥固有频率以及模态柔度位移两种动力指纹构成形式,并基于宁波招宝山大桥(斜拉桥),采用数值仿真的手段,分析两种动力指纹与冲刷深度之间的定量关系特征.分析结果表明:通过跟踪两种动力指纹变化情况,均可较好地对斜拉桥桥塔冲刷深度进行定量识别;特别采用主梁竖弯振型或主塔横弯振型构建模态柔度位移指标时可得到更为敏感的冲刷识别效果.该方法可借助常规桥梁检测项目对桥塔冲刷状态完成定性判断及定量分析,具备计算逻辑严密、监测设备经济性好、完全避免水下操作等特点,在上部结构动力特征正确识别的基础上,可实现斜拉桥桥塔冲刷深度的准确预测.     

滑动模架法在斜拉桥施工中的应用

滑动模架法主要应用在连续梁桥主梁施工中,而在斜拉桥中的首次应用则是在公和斜拉桥中．采用该方法施工斜拉桥主梁有两方面的优点：一是可以利用桥下横向立柱的支承减小滑动模架的高度,节省桥下空间;二是可以充分利用前一块件混凝土的养生时间而在模架上进行下一块件的钢筋绑扎等准备工作,加快施工进度．以公和斜拉桥为工程背景,介绍了滑动模架法施工主粱的特点、在施工控制中需要解决的关键问题及解决办法．     

灰色关联分析与变权综合法在桥梁评估中的应用

引用灰色关联分析和变权综合的概念,提出用AHP方法（层次分析法,analytic hierarchy process)建立评价指标体系后,量化并确定评价指标评语和其它层次指标评语的综合方法,并以实例计算分析,结果表明,灰色关联度概念和变权综合方法可较好地应用于大型桥梁结构的状态评估。     

大跨度斜拉桥地震易损性分析

摒弃传统易损性分析假定，采用增量动力分析方法，提出改进损伤指标参数，对脉冲地震波和非脉冲地震波进行对比，定量分析桥梁结构损伤程度.首先，建立大跨度斜拉桥精细化有限元模型，使用增量动力分析方法，进行大跨度桥梁2 100次非线性时程分析；然后，以斜拉桥桥墩墩底、主塔塔底和支座系统为研究对象，选取合适的损伤指标建立各构件在不同损伤状态下的限值；最后，根据桥梁构件在各级地震作用下的损伤概率，为桥梁抗震提供参考意见.     

基于损伤柔度曲率矩阵的人行天桥损伤识别研究

为了研究基于损伤柔度曲率矩阵的损伤识别方法在人行天桥上的适用性,将此方法用于人行天桥模型和实际工程的桥梁结构分析中。通过对人行天桥简支钢箱梁损伤前的完好结构及各类损伤工况下的损伤结构进行数值模拟,得到各工况下的这一损伤识别指标的损伤识别性能,对其进行分析。之后将此方法用于实际的人行天桥动力模态试验中,在随机环境激励的情况下使用动态信号采集分析系统对人行天桥进行动力模态试验。研究发现,损伤柔度曲率矩阵这一指标对于人行天桥具有良好的损伤识别性能,并且其抗噪声能力、微小损伤识别能力以及对于实际工程的适用性能皆有良好表现。     

桁梁桥横向联结系的实用空间计算

根据李国豪的桁梁扭转理论,本文提出了一种计算桁梁桥的梁单元有限元法。在此基础上,分析了两种类型的铁路简支钢桁梁桥,特别是其横联的力学功能,归纳得到了横联剪力H的实用计算公式。为了验证梁单元有限元法的可靠性,本文除介绍了一个模型试验的结果之外,还与空间杆系有限元法的计算结果进行比较。结果表明,本方法有足够的精度.     

钢筋混凝土板模态频率的温度效应分析及剔除方法

考虑到温度荷载作用下钢筋混凝土梁桥的模态参数产生变异,进而导致基于动力指纹的桥梁损伤辨识方法精度降低甚至失效。以钢筋混凝土板为例,提出了一种考虑内部温度不均匀分布特性的模态频率温度效应剔除方法。首先,采用主成分分析算法,提取温度主成分,构造了预测模型输入参数;其次,通过遗传优化支持向量回归,建立了钢筋混凝土板模态频率预测模型;最后,结合钢筋混凝土板模态频率长期观测值,基于训练好的遗传优化支持向量回归模型,剔除温度对模态频率的影响。试验结果表明,该方法能够准确预测不同温度分布状态下的模态频率,并有效剔除温度引起的模态频率变化。     

中部锁固岩桥脆性断裂特征试验研究

锁固型岩桥的脆性断裂是带裂隙岩体失稳的主要原因,具有较强的突发性和隐蔽性。针对“三段式”、“挡墙式”两种典型的中部锁固岩桥类型,开展端部开裂砂岩试件的单轴压缩试验研究。基于能量散耗理论及声发射(AE)频度-能级指数关系,结合高速工业相机记录信息,探究了岩体受压过程中岩桥脆性断裂机理及其前兆信号特征。研究结果表明：(1)与“三段式”锁固岩桥相比,“挡墙式”锁固岩桥峰值强度和弹性模量降低,但其脆性断裂特征更加明显；(2)“挡墙式”锁固岩桥应变能耗散速率明显高于“三段式”锁固岩桥,其声发射平静期与塑性变形阶段持续时间较短,但AE事件率及声发射能量释放更高,岩桥内部裂纹扩展活动更频繁；(3)“三段式”、“挡墙式”锁固岩桥整体频度-能级的关系分别可表示为 与 ,脆性破坏程度越剧烈,声发射b值(斜率)越小；(4)声发射b值的快速下降可作为岩桥脆性断裂的前兆信号。锁固岩桥的存在形式与赋存位置影响着裂隙岩体的脆性断裂倾向,研究所得可为端部开裂岩体突发脆性失稳提供理论依据及科学预测方法。     

基于WIM的福建省重载交通公路车辆荷载模型

为建立适合福建省重载交通公路的车辆荷载模型，选取车流量大、重载货车比例高的沿海地区，布设2个动态称重（WIM）系统测点。通过对WIM系统长达30个月不间断采集的车流数据的统计分析，得到福建省典型重载交通公路车辆荷载的统计特征，并建立了相应的车辆荷载模型。基于实测模型与现行规范汽车荷载标准，对典型公路简支梁桥和连续梁桥的汽车荷载作用效应进行了分析，结果表明：对福建省重载交通公路桥梁，采用公路—I级汽车荷载标准进行结构设计总体上是安全的，而采用公路—II级汽车荷载标准则偏于不安全。本文所建立的重载交通公路车辆荷载模型可供福建省公路桥梁设计或结构损伤验算时参考。     

基于小波包样本熵和支持向量机的框架结构损伤识别

基于小波包样本熵和支持向量机原理,研究了钢框架结构的损伤定位识别方法.分析在冲击载荷作用下框架结构的动力响应,对加速度信号进行小波包分解,建立小波包样本熵的损伤指标,采用支持向量机原理,识别结构损伤位置以及损伤程度.研究表明,该方法能够利用单一的传感器,实现理想的识别效果,且具有一定的适用性和鲁棒性,在60 dB的噪声水平环境中损伤定位识别结果在90％以上,在40 dB的噪声水平环境中,损伤程度识别结果在90％以上,框架实验模型研究表明,柱的损伤识别精度要高于梁的损伤识别精度.     

基于小波支持向量机分割的SAR图像桥梁目标检测

针对SAR图像中桥梁和水域的统计特性,提出了基于小波支持向量机分割与先验知识相结合的桥梁目标检测方法.通过对SAR图像中桥梁和背景的分析,首先对水域进行特征提取,再利用小波支持向量机方法对数据进行训练建模,通过模型对SAR图像中的河流进行分割,最后在分类后的二值图中按方向累加能量最小准则进行桥梁目标检测.基于真实SAR图像的实验结果显示,此方法不需对SAR图像进行复杂的预处理,有强的抗斑点噪声性,能快速、准确地检测SAR图像中的桥梁目标.     

基于影像及小波变换的桥梁损伤识别

桥梁损伤定位和定量分析是桥梁健康监测的难点，为提高桥梁结构损伤位置识别的精度及准确性，本文利用位移模态对结构局部损伤的敏感特性，提出基于影像和小波变换的桥梁损伤识别新方法，通过工业相机获取悬臂梁振动形态，利用模版匹配方法提取结构动态位移响应及模态参数，对位移模态进行小波变换，建立小波系数平方差的损伤指标识别结构损伤位置。通过室内悬臂竖梁振动实验，对全域测点的振动衰减信号快速傅里叶变换成功获取了结构的模态振型，与数值模拟结果比较表明试验获得一阶固有频率最大误差为2.202%，二阶固有频率最大误差为3.182%，表明本文方法用于结构位移测量的可行性以及测量精度的可靠性；在此基础上利用小波系数平方差的明显突峰特性可准确识别结构单损伤、多损伤的存在，并能准确定位损伤位置。研究表明，该方法可以准确识别不同位置、不同程度的单损伤和多损伤，具有远距离、非接触、高精度、高效快捷、可多点监测提升振型空间分辨率等优点，为桥梁结构全域损伤识别提供了一种新方法。     

基于车桥耦合振动的空心板桥铰缝损伤评价指标分析

铰缝损伤是装配式混凝土空心板桥的典型常见病害,研究基于交通荷载下结构动力响应的铰缝损伤判别方法,将大幅降低检测耗时和费用。以典型桥例,应用自编的车桥耦合振动分析程序,针对多种典型的铰缝损伤工况,采用数值方法系统地分析了铰缝损伤对车载下桥梁动力响应的影响。结果表明铰缝损伤对桥梁跨中动力响应峰值及其横向分布有明显影响。通过对损伤前后桥梁动力响应变化特征的量化分析,提出了铰缝刚度和加速度幅值比两个铰缝损伤的评价指标,并通过算例进行了初步分析验证。研究结果可为空心板桥铰缝损伤检测与评价提供一种新的技术思路。     

桥梁健康监测应用与研究现状

桥梁损伤诊断与健康监测是近年来国际上的研究热点 ,在实践方面 ,土木工程和航空航天工程、机械工程有明显的差别 ,比如桥梁结构以及其他大多数土木结构 ,尺寸大、质量重 ,具有较低的自然频率和振动水平 ,桥梁结构的动力响应极容易受到不可预见的环境状态、非结构构件等的影响 ,这些变化往往被误解为结构的损伤 ,这使得桥梁这类复杂结构的损伤评估具有极大的挑战性 .本文首先给出了结构健康监测系统的定义和基本构成 ,然后集中回顾和分析了如下几个方面的问题 :①损伤评估的室内实验和现场测试 ;②损伤检测方法的发展 ,包括 :(a)动力指纹分析和模式识别方法 ,(b)模型修正和系统识别方法 ,(c)神经网络方法 ;③传感器及其优化布置等 ,并比较和分析了各自方法的优点和不足 .文中还总结了健康监测和损伤识别在桥梁工程中的应用 ,指出桥梁健康监测的关键问题在于损伤的自动检测和诊断 ,这也是最困难的问题 ;最后展望了桥梁健康监测系统的研究和发展方向     

基于模糊层次分析法的公路梁式桥地震震害预测研究

收集整理了我国汶川、唐山、海城等大地震中6度至11度区遭受不同程度震害的240座公路梁式桥样本,建立了公路梁式桥震害数据库.采用模糊层次分析法,对影响桥梁震害的主要因素进行层次分析,明确各因素对结构震害的影响程度,建立震害评估模型.根据震害样本统计结果,确定各层影响因素的模糊评语矩阵与模糊判断矩阵,进而对公路梁式桥在特定地震作用下可能出现的破坏情况进行预测.经算例验证,基于模糊层次分析法的公路梁式桥震害预测方法可获得较好的预测结果,可为此类桥梁的抗震加固提供设计依据.