基于车致振动响应的含分布损伤桥梁结构识别方法

采用Newmark直接积分法和龙格库塔法求解了非线性车桥耦合系统的振动响应,并利用加速度响应灵敏度方法对含裂纹梁结构进行分布类型的损伤识别。文中车辆采用含非线性弹簧的半车模型,桥梁被离散为欧拉梁单元,裂纹引起的桥梁损伤模拟为桥梁局部刚度的线性分布的减少。数值算例表明,在5%噪声情况下,加速度响应灵敏度方法依然可以较准确地识别出桥梁损伤的分布情况。     

基于车激索力响应的斜拉桥主梁损伤识别研究

基于车桥耦合振动理论,建立车桥索耦合振动方程,求解得到车激索力时程响应,其次定义主梁刚度折减系数为主梁损伤因子,根据泰勒级数展开方法建立索力响应与损伤因子的灵敏度方程,然后采用Tikhonov正则化方法和有限元模型修正技术求解该方程,得到主梁的损伤因子,从而实现对主梁的损伤识别.最后,以实验室独塔斜拉桥试验模型为例,对主梁单一位置损伤和多位置的损伤识别进行了数值仿真,并探讨了车辆参数、噪声干扰等对损伤识别结果的影响.结果表明:提出的识别方法理论正确,识别的结果可信,且该方法对车辆的参数、斜拉索的选择不敏感,可用不同参数车辆激励下的任意一根斜拉索的索力响应对斜拉桥主梁各种损伤位置和损伤程度进行有效识别.     

考虑温度影响的桥梁结构损伤识别

在利用测量数据进行结构损伤识别中往往会遇到环境温度改变的问题。温度的改变(即温度差)的影响在利用模型修正进行损伤识别时一般被忽略了而带来一定的损伤识别误差。该文试图基于响应灵敏度分析,同时识别结构损伤和温度差。推导了动态响应对损伤参数和温度差的时域灵敏度,得到模型修正时的灵敏度矩阵;利用加速度响应数据进行模型修正进行损伤和温度差的识别。通过对一平面桁架桥梁结构进行数值模拟计算验证了方法的有效性。     

小波分析与神经网络在结构损伤监测中的应用

采用小波分析对获得的结构动力响应进行小波分解,根据各种响应信号对损伤的灵敏度选择损伤特征,从而识别结构出现损伤的时刻,以实现对其监控;分别对结构第一层位移响应信号和加速度响应信号做小波包分解得到各频段能量的特征向量,并分别作为特征参数输入到BP神经网络中实现损伤识别;比较了位移响应信号和加速度响应信号对损伤识别的灵敏性．模拟算例表明,小波分析和BP神经网络联合运用能准确地诊断结构损伤时刻、损伤位置和程度,具有一定的可行性．     

基于振动响应的耦合杆系统损伤识别

  基于响应灵敏度分析法对两跨耦合杆系统的损伤识别问题进行了研究。建立了耦合杆系统的有限元运动方程,利用状态空间法计算系统在外激励下的响应。将系统的局部损伤模拟为杆单元抗拉刚度的减少,推导了响应对单元抗拉刚度的灵敏度。并利用此响应灵敏度进行系统的局部损伤识别。数值算例表明,文中方法能快速准确地识别出耦合杆的局部损伤,并且对模拟的人工噪声不敏感。说明该方法具有一定的工程应用前景。     

滨海软土地层隧道衬砌地震动力响应及损伤特征

地震作用下穿越软土地层的地铁隧道易受到严重破坏。因此,研究该类型地层下隧道的地震响应及损伤特性对地铁的安全运营至关重要。为此,首先结合分段曲线损伤模型和Druker-Prager弹塑性模型推导出反映混凝土损伤的弹塑性方程。然后借助FLAC3D有限差分程序及二次开发接口建立以混凝土管片损伤模型为基础的土-盾构隧道相互作用模型。最后对水平和竖直方向地震波影响下盾构隧道的动力响应及结构损伤进行研究。研究结果表明：(1) 通过FLAC3D数值软件的单轴拉伸和压缩试验得出所建立的混凝土管片弹塑性损伤模型能够很好的反映混凝土的力学损伤特性及材料的软化发展规律,从而验证了该模型的合理性与准确性。(2)盾构隧道的动力响应及损伤度与地震振幅呈现正相关性。水平方向地震波、竖直方向地震波作用下隧道结构的最大损伤增量位置分别为隧道拱脚、拱肩处和隧道两侧处。其中,竖直方向入射地震波对隧道损伤度的影响更为显著。     

基于过桥汽车动力响应的桥梁损伤识别

为了识别桥梁结构的损伤,提出了由过桥汽车的加速度响应识别桥梁损伤的灵敏度分析方法.将桥梁等效为等长的欧拉梁单元,汽车等效为单自由度3参数模型,将桥梁各单元抗弯刚度的减小(即损伤的程度)定义为损伤因子.根据损伤因子,采用最小二乘法和正则化方法,可用测试得到的汽车加速度响应识别桥梁损伤.结果表明:损伤识别结果对汽车参数变化比较敏感,汽车过桥行驶速度和采样频率对迭代次数有显著影响;损伤识别误差随着桥面不平顺和测试噪声的增加而加大.     

基于车桥接触点响应和盲源分离的桥梁模态识别

针对基于车辆响应的间接测量法进行桥梁模态识别时，桥面不平度的影响难以滤除、高阶模态识别准确率较低等问题，提出一种基于盲源分离算法来分离车桥接触点响应信号中的桥面不平度效应与桥梁振动响应，进而实现桥梁模态识别的方法. 首先，详细阐述了应用二阶盲识别（Second Order Blind Identification，SOBI）算法，以两组车桥接触点加速度响应信号作为输入信号，进而获取桥梁振动估计信号的原理和方法. 然后，采用信号带通滤波和Hilbert变换并结合支点数据延拓的振型修正策略，建立了基于车辆响应的桥梁模态识别技术流程和框架. 最后，依托数值算例对所提出方法的适用性和有效性进行了验证，并分析了车辆间距、桥面不平度和车辆频率等参数对方法适用性的影响. 结果表明，所提出方法能有效滤除桥面不平度的影响，实现桥梁高阶模态的准确识别，且对多种关键因素的影响具有鲁棒性，具有精度高、操作简便和适用性强等特点，可为基于车辆响应的桥梁模态识别提供一种新思路.     

基于DVV算法的车桥耦合振动响应非线性规律研究

为研究损伤公路桥梁车桥耦合振动响应的非线性规律,文章采用延时矢量方差(delay vector variance,DVV)算法分析损伤桥梁车桥耦合的加速度响应,研究了车辆行驶速度、车辆质量、路面粗糙度及损伤程度对损伤桥梁振动加速度响应的非线性影响;通过简支梁数值模拟,对比分析1/4跨和跨中加速度响应的非线性大小变化。研究发现:随车速的增大,加速度响应的非线性呈现增大—减小—增大的规律;随车辆质量和路面粗糙度等级的增大,加速度响应的非线性增大,而损伤程度的变化对加速度响应的非线性影响较小。     

基于相关函数的振动结构工作模态参数识别方法

把工作模态参数识别方法中的NEXT法发展为直接利用振动结构的加速度响应信号即可进行结构参数辨识的方法，理论上推导了振动结构相对于速度、加速度信号的脉冲响应函数，以及振动结构加速度响应信号间的相关函数，证明振动结构加速度响应信号间的相关函数与加速度信号的脉冲响应函数具有相同形式的表达式．另外以无约束等截面梁为例，利用梁振动的加速度响应信号间的相关函数作为梁的加速度信号的脉冲响应函数，采用特征系统实现法进行梁的工作模态参数识别，其结果与梁的理论参数值及频域法和利用脉动响应函数的特征系统实现法的识别结果进行了比较，结果表明工作模态识别方法在识别振动结构固有频率方面具有较高的精度．     

任意动载作用下长隧道纵向响应解析解

将长隧道简化为作用在Pasternak双参数地基上的无限长均质直梁,基于Euler-Bernoulli梁理论给出动力问题的控制方程,运用积分变换以及卷积定理对该偏微分方程进行求解,推导出长隧道在任意动载作用下竖向位移、竖向速度、竖向加速度、弯矩、剪力等响应的解析表达式.讨论了简谐线荷载、移动线荷载和行波荷载三种典型动力荷载下长隧道响应的退化解析表达,并与已有文献对比,验证了所推导解析解的正确性.以行波荷载为例,通过参数化分析,研究了行波波速、频率以及不同地基反力系数对隧道动力响应的影响规律.研究结论对长隧道抗震设计具有一定的参考价值.     

盾构掘进速度对开挖面水头分布的影响

盾构掘进过程中隧道掘进面附近水头分布是掘进面稳定分析的重要因素.为此,基于固定在隧道开挖面上参照坐标系,推导了考虑盾构掘进速度、土体的渗透系数以及土体贮水系数的稳态地下水流动偏微分方程.通过伽辽金有限元法,推导了考虑盾构掘进速度的二维稳态渗流有限元方程,编制了有限单元数值分析程序,计算了稳态地下水流条件下,地下水参数和盾构掘进速度的变化对隧道掘进面附近水头场分布的影响.结果发现,在低渗透性土层中进行隧道开挖,掘进速度的增加导致隧道掘进面附近总水头梯度显著增加.水头场的重新分布导致了作用在隧道掘进面的渗透力增加.将考虑盾构掘进速度的数值分析结果与相关实验数据相比较,两者取得较好的一致性.     

计算模态响应灵敏度的两种方法比较

 从结构强迫振动的有限元方程出发,用Newmark 直接积分法和状态空间法两种不同的方法计算出结构的模态响应。进一步用两种方法推导了模态响应对结构物理参数(如单元杨氏模量)的灵敏度。计算了模态位移、速度和加速度响应对单元杨氏模量的灵敏度,并且对这两种方法的计算效率和精度进行了比较。计算结果表明两者精度相当,但状态空间法所需要的计算计时要少,比Newmark法具有较高的计算效率。因此,状态空间法更适合用于正问题分析中结构动态响应的计算。     

盾尾密封对盾构周边渗流场及正面稳定的影响

基于地下渗流基本方程,采用有限差分法对江底隧道盾构施工中产生的周边渗透力进行了分析,并推导了渗流条件下盾构正面稳定的判别公式.分析表明:隧道开挖后,隧道周边土层的孔隙水压力将重新分布,开挖面附近孔隙水压力等值线呈楔形体,隧道开挖面上孔隙水压力变化达到最大;而开挖面附近的总水头等值线围绕开挖面呈环形分布,渗透力的最大值出现在开挖面上及盾尾透水处.土中渗透力使隧道开挖面稳定性系数减小,但盾构压力舱内的泥水压力有利于隧道正面的稳定.分析还表明,如果盾构掘进过程中盾尾有透水现象,则整个盾构机将处于水头产生较大变化的范围之内,会导致极其严重的后果.     

基于车桥耦合振动的变截面连续梁桥单损伤识别研究

考虑桥梁结构几何非线性,以常见的1/4车辆模型为例,文章建立车辆模型与连续梁桥的车桥耦合振动方程;采用Runge-Kutta法在MATLAB环境下编制公路桥梁车桥耦合振动数值模拟分析程序,对连续梁每跨跨中的位移时程动力响应进行对比分析,提出基于车桥耦合振动位移响应的公路桥梁损伤识别方法;以某变截面连续梁桥为例,进行单损伤工况的实例分析,数值分析结果表明：该文提出的损伤识别方法对单一损伤有较好的识别效果,损伤位置与测点间的距离是影响损伤识别效果的重要指标,两者距离越近,识别的效果越好;靠近支座处的损伤不易被识别,可能会出现错漏的状况。     

地面交通荷载对浅埋隧道的动力响应分析

为研究地面交通荷载对浅埋隧道的动力响应,建立地面移动荷载作用下隧道数学模型.以济南市顺河快速路南延地下结构工程为背景,将地面交通荷载进行合理近似简化;利用动力方程推导围岩波势函数表达式,结合边界条件确定的波函数展开项系数,得到移动荷载作用下隧道的动力响应,并利用数值模拟的方式对结果进行验证;讨论移动荷载速度及隧道埋深对动力响应的影响.结果表明:径向应力响应在隧道拱顶处引起较大响应;切向应力则在拱顶处和两侧均引起较大响应;车辆速度及隧道埋深是影响动力响应大小的因素.     

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.     

结构损伤识别的柔度灵敏度方法

 提出了结构损伤识别的柔度灵敏度方法。首先根据Neumann级数展开来推导结构柔度矩阵关于单元刚度损伤参数的灵敏度公式,以此为基础建立结构的损伤识别方程,通过矩阵拉直运算将矩阵方程转化为线性方程组来求解各单元损伤参数。指出了柔度矩阵灵敏度方法优于特征对灵敏度方法的几个显著特点。最后用一个桁架结构模型对所提方法作了验证。     

行车作用下盾构隧道下穿框架桥梁耦合动力学特征

为分析行车作用下盾构隧道下穿既有铁路框架桥梁结构的耦合动力学影响,基于铁路大系统动力学与有限元理论,建立列车-有砟轨道-框架桥梁-土体-盾构隧道耦合动力学模型,研究不加固地层和加固地层开挖完成后所引起的既有铁路框架桥梁结构的沉降变形规律,引入ABAQUS^?-MATLAB^?联合仿真、时变耦合和多步长动力迭代求解策略,对盾构隧道下穿和行车作用耦合效应下既有铁路结构的动力响应进行数值仿真,分析和评估耦合效应下的列车动力学行为和行车性能。研究结果表明：相对框架桥梁不对称下穿,盾构隧道导致结构沉降变形呈不对称分布,左线先行开挖引起的沉降大于右线的沉降;加固地层能够减小盾构开挖引起的沉降变形和车致振动位移,但会增大车致振动加速度及框架桥梁应力;盾构开挖对列车运行造成附加影响,系统动力响应、车辆运行安全性和平稳性指标都与运行速度呈正相关,速度超过120 km/h后有跳轨风险;在速度为160 km/h时,车体振动附加影响增幅可达到136.03%。在施工过程中,应注意加固开挖造成的车致振动加速度增大现象,同时应当考虑降速通过盾构隧道下穿区段。     

考虑土体剪胀性的盾构倾斜隧道开挖面稳定性分析

考虑土体剪胀效应的影响,对盾构倾斜隧道开挖面的稳定性进行研究。通过构建的盾构倾斜隧道开挖面破坏模式,结合非线性破坏准则和极限分析上限定理,推导出开挖面支护力的解析解,求解了开挖面的最优支护力及潜在破坏面。研究结果表明,隧道倾角α小幅度变化时对支护力的影响较小,而非线性系数m和剪胀系数η对支护力影响较大。隧道倾角α,非线性系数m和剪胀系数η对潜在破坏面影响较为显著。