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     

基于健康监测的大跨钢桥梁疲劳损伤评估

近年来,我们在国家自然科学基金项目“基于健康监测的大型钢桥梁疲劳损伤早期识别方法及应用”(50178019)的资助下,结合与香港理工大学合作开展的相关RGC项目,进行了一系列有关桥梁结构健康监测和损伤评估的基础理论研究,其目标是为建立大跨重要桥梁结构安全评估系统提供理论基础和可靠方法。目前已取得初步成果。     

大跨桥梁结构以健康监测和状态评估为目标的有限元模拟

通过对桥梁结构健康监测和评估研究现状的简单评述，讨论了结构健康监测和状态评估中的关键理论与技术问题，介绍了笔者近年来在大型桥梁以健康监测和状态评估为目标的结构模拟方面开展的一系列关键理论和技术问题研究；通过对2个大跨悬索桥——香港的青马大桥和江苏的润扬长江公路大桥的有限元建模和模型修正过程，探讨了大跨桥梁结构以健康监测和状态评估为目标的有限元模拟的技术要求、建模方案与策略．研究表明：大跨桥梁以结构状态评估为目标的有限元模拟，必须是建立于衔接理论基础上的多尺度结构模拟．在桥梁结构整体动力响应分析确定了关键损伤构件的基础上，需进一步建立关键构件的局部模型以分析在桥梁结构全尺度有限元模型中无法模拟的细节行为，即发生于焊连接件的局部应力集中和损伤累积行为．     

桥梁安全监测与结构损伤的两种植测方法

由于缺乏必要的监测和相应的养护,世界各地出现了大量桥梁损坏事故,给国民经济和生命财产造成了巨大损失.传统检测手段难以全面反映桥梁的健康状况,尤其是难以对桥梁的安全储备以及退化的途径作出系统的评估.近来出现的小波变换可以综合时频,可探讨其在桥梁参数识别方面的应用.     

桥梁安全监测与结构损伤的两种检测方法

由于缺乏必要的监测和相应的养护,世界各地出现了大量桥梁损坏事故,给国民经济和生命财产造成了巨大损失。传统检测手段难以全面反映桥梁的健康状况,尤其是难以对桥梁的安全储备以及退化的途径作出系统的评估。近来出现的小波变换可以综合时频,可探讨其在桥梁参数识别方面的应用。     

基于InSAR技术的大跨桥梁温度变形监测研究

以国内某高速铁路钢拱桥为研究对象,选取2017—2018年期间59幅C波段Sentinel-1号雷达卫星影像,利用PS-InSAR技术处理影像获得桥梁的视线向（Line of Sight,LOS）位移,根据SAR成像空间几何关系解算出支座的纵向位移. 研究结果表明：支座纵向位移的时空特性与实际桥梁结构相符合,验证了PS-InSAR技术观测桥梁结构位移的可行性. 建立支座纵向位移与温度的线性相关模型,并与结构健康监测系统的实测结果进行对比. 两者吻合良好,相对误差控制在10%以内,验证了PS-InSAR测量桥梁结构位移的可靠性. 利用有限元模拟温度作用下桥梁支座的位移变化,并与PS-InSAR位移时间序列进行对比. 两者趋势基本一致,LOS向位移误差在［-10,10］ mm,验证了PS-InSAR测量桥梁结构位移的准确性.     

考虑环境变温作用的大跨桥梁疲劳损伤分析

基于桥梁健康监测系统记录的温度时程数据,研究钢箱梁顶板、底板的温度变化特征和规律,利用间接耦合法将热分析的温度数据作为体荷载施加于结构多尺度有限元模型,获得了环境变温引起的结构应力,实现了从热分析到结构应力的分析.然后,利用健康监测系统记录的应变时程数据,考察车辆荷载和环境变温所引起的应变特征的差异,提取和分离出由环境变温和车辆荷载引起的应变时程,并与模拟得到的应力时程加以对比和相互验证,在此基础上利用连续介质损伤力学理论分析车辆荷载单独作用以及车辆和环境变温交互作用所引起的桥梁累积损伤.结果表明:提出的损伤分析流程可实现桥梁关键部位在考虑环境变温和车辆荷载两种因素作用下的损伤分析.环境变温单独作用所引起的疲劳损伤很小,基本可以忽略,但两者交互作用所引起的结构疲劳损伤相对于车辆单独作用下的损伤有显著差异.在服役初期环境变温的作用并不显著,随着疲劳损伤的不断增加,这种交互作用对结构疲劳损伤累积的影响会愈发明显,即环境温度变化引起的荷载会加速结构服役中后期疲劳损伤的累积速率,进而对结构疲劳寿命产生显著影响.     

高墩大跨桥梁结构的脆弱性分析

采用大型有限元分析软件,对中国西南某铁路特大桥8#墩进行了静力弹塑性（Pushover）分析,得到了结构能力曲线,并以谱加速度和残余位移漂移比作为地面运动强度度量参数和工程需求参数,对高墩大跨桥梁结构进行了脆弱性分析。分析结果表明：当其他条件相同时,随着界限状态的提升,结构要达到相同的概率所需的地面运动强度呈递增趋势;当地面运动作用强度相同时,基阶加载模式计算的脆弱性曲线低估了结构的抗震性能,而均布和SRSS组合加载的脆弱性分析又过分高估了结构的抗震能力。     

大跨桥梁结构健康监测系统振动传感器配置仿真

为了提高大跨桥梁结构健康监测系统在线模态参数识别中的模态分辨率,研究了振动传感器配置的非均匀布设方法.以润扬长江大桥悬索桥为例,以结构前16阶竖向振型为基础,运用基于主列筛选的传感器配置算法对该桥主梁竖向振动传感器配置进行了仿真研究.采用模态置信度矩阵非对角元素构造评估指标对4种传感器布设方案进行比较,包括七截面均匀布设方案、基于主列筛选算法获得的七截面非均匀布设方案、基于七截面均匀布设方案改进得到的九截面方案和基于主列筛选算法获得的九截面非均匀布设方案.由仿真结果可知,采用主列筛选获取的传感器非均匀布设方案获得的模态置信度矩阵非对角元较小,模态振型具有更好的模态分辨率.这一结果表明,非均匀布设方法更有利于大跨桥梁监测系统实现在线识别模态参数.     

基于气象大数据的大跨桥梁温度效应预测方法

为了提高结构健康监测的经济性,扩大其应用范围,提出了一种基于气象站大数据信息的大跨度桥梁结构温度场预测方法,从而实现轻量化和可持续性的桥梁温度场及温度变形计算.以某大跨钢拱桁架桥为研究对象,通过气象数据平台获取气象站大数据信息（包括天气、气温和风速信息）,利用Elbadry等改进的凯尔别克辐射模型计算桥梁关键构件各表面受到的辐射强度,基于热交换传递理论计算结构热分析边界条件,结合有限元分析方法进行结构瞬态热分析,从而获得目标桥梁关键构件的时变温度场.温度场的计算结果与桥梁上实测温度在时间历程和结构竖向分布上均吻合良好,平均误差在3%以内.将计算得到的结构温度施加到桥梁结构整体有限元模型上,得到桥梁结构的温度变形,桥梁支座纵向位移的计算值与实测值吻合良好,平均误差在13 mm以内.验证了所提出的基于气象站大数据的桥梁结构温度场预测方法是可行的,利用该方法可进一步得到桥梁结构的温度变形.     

高墩大跨桥梁空间几何非线性分析

在杆系结构几何非线性理论的基础上,推导了在空间状态随转坐标系下从t时刻到t △t时刻,空间梁单元的运动中能真正引起单元变形的那部分节点位移增量表达式．采用空间梁单元模拟高墩、大跨桥梁实际结构,用面向对象的Visual C^ 6．0语言,编制了具有可视化界面的空间梁单元几何非线性有限元程序,并对工程实例进行了全桥线弹性和考虑几何非线性的静力分析,并说明了其几何非线性的影响程度．     

桥梁损伤的一种振动检测方法

基于有限元的梁模型,并且运用数理统计原理,探讨了桥梁损伤的一种振动检测方法,推导了相关的公式。分析中只需要模态振型,不需要频率、阻尼等参数;计算相对简单,不需要解方程组;可以识别出结构中多个单元的损伤。将这一方法应用于一座实桥的损伤定位中,取得了初步的结果。工程实例表明,该方法是一种近似的方法,还存在着一定的误差,但简单有效,适于在工程中应用。     

大跨度桥梁安全监测预警技术研究

从大跨度桥梁的特点入手,从检测方法、仪器、测控部位、分析计算模型等方面形成测试手段和方法,汇集成结构性能的分析、评价技术体系。开展采集数据的误差分析及数据遗补的关键技术研究,确保采集信号具有高精度的分辨率,使硬件系统满足状态检测的要求,降低设备价格。为桥梁检测技术提供简捷、直观的操作使用步骤,将有助于检测在大跨度桥梁上的全面普及。     

浅谈高墩大跨桥梁C60高强混凝土泵送施工技术

高强混凝土泵送在高墩大跨径桥梁上部结构施工中应用越来越多,本文结合在两座特大桥梁施工中的工作经历,指出在正确选择泵送工艺、确保高强混凝土质量稳定性的情况下,250米以上的垂直高度泵送C60高强混凝土是完全可以确保实施的,期望能给今后的其他类似工程一些参考。     

考虑桥梁结构运动的河口大跨桥梁事故风险因素分析

为降低河口大跨桥梁的事故率、提升通行效率,基于嘉绍大桥的系统监测多源实时数据,研究气象、交通、时间和大桥结构数据对河口大跨桥梁交通事故发生率的影响。提取了通车运行4年内的事故数据,分别采用时间匹配法和随机抽样法抽取非事故数据,建立了条件logistic回归模型。结果表明,(1)交通流量、湿度是河口大跨桥梁交通事故发生概率的显著正影响因素;(2)平均通行速度是大桥交通事故发生概率的显著负影响因素;(3)当大桥处于高峰时间时,事故可能性会显著增加;(4)根据现有数据,大桥的挠度变化、结构振动和交通流中的货车比例对事故发生概率无显著影响。     

桥梁结构损伤识别技术的研究进展

桥梁结构的安全与健康状况关系着国家财产和人民生命的安全,然而桥梁垮塌事件屡屡发生,逐渐引起了社会和人民的高度重视和广泛关注。大部分桥梁结构垮塌事故源于对结构损伤地忽视,或者是缺乏有效的识别方法。因此,桥梁结构损伤识别方法的研究对确保桥梁结构安全与健康有极其重要的作用和意义。本文主要研究桥梁结构损伤识别方法的发展应用情况。     

考虑地震波斜入射下河谷地形的大跨桥梁动力反应研究

大跨度桥梁的地震动空间变化的非一致影响不可忽略,斜入射是引起这种空间变化的主要因素.研究了斜入射条件下自由场数值模拟方法,建立了考虑地震动空间非一致性的大跨度桥梁三维有限元分析模型,以某跨海连续刚构桥为背景,研究了考虑非一致地震动空间的大跨桥梁地震动力反应,分析桥梁的内力幅值和分布规律.研究了地震波输入、斜入射角、地基土剪切波速以及河谷地形等影响因素的变化对P波及SV波作用下连续刚构桥结构动力反应的影响规律.结果表明,河谷地形条件下,墩底内力的变形规律和平坦地形相比有一些差异.斜入射时河谷地形的剪力和轴力的非一致影响系数与平坦地形相差比较大,P波作用下,墩底剪力和纵桥向弯矩随着入射角的增大而增大,墩底轴力随着入射角的增大而减小,SV波入射时,河谷地形条件下的墩底剪力和纵桥向弯矩随着入射角的增大而减小,墩底轴力随着入射角的增大而增大.     

紊流风场中桥梁气动导数的识别

基于作者提出的识别桥梁断面气动导数的新方法———总体最小二乘时域法 ,初步研究了紊流风场中气动导数的识别 .总体最小二乘时域法试验装置简单 ,克服了改进的Ibrahim时域法人为选择时延参数的不足 ,具有很高的精度和收敛性 .由平板理论解和江阴长江公路大桥的全桥气动弹性模型实验结果证实了该方法的正确性 .在模拟的紊流风场中 ,应用这一方法对平板和江阴长江大桥的节段模型进行了试验 ,识别了其气动导数 .试验结果初步表明 ,对具有良好流线型的桥梁断面 ,紊流对气动导数的影响可以忽略     

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     

桥梁的损伤识别

现在很多桥梁都安装了监测系统 ,自动损伤识别是桥梁健康监测系统的核心技术和热点研究问题。文章介绍了几种桥梁损伤的识别方法 ,包括动态法、静态法、有模型法、无模型法、位移法、应变法以及 BP和 RBF神经网络法的比较。目前健康监测系统尚不具备损伤识别能力。如何设计一个高效的用于结构损伤识别的自动损伤识别系统 ,是个值得研究的问题