基于马氏距离累积量的斜拉桥主梁损伤识别方法

斜拉桥主梁是其运营中最为主要的受力构件,主梁的损伤识别方法研究一直是热点问题。针对结构健康监测数据,提出了一种基于马氏距离累积量的时域损伤识别方法。首先,构造基于马氏距离累积量的结构损伤识别向量,给出了利用监测数据进行损伤识别的操作流程。其次,建立了金塘大桥有限元模型,以正弦力激励的方式获得结构单元在健康及损伤状况下的加速度数据;并利用无损伤状态下的加速度数据作为参考样本,损伤状态下的加速度数据作为待测样本,通过对比损伤识别向量的变化情况进行斜拉桥主梁的损伤识别。最后,针对金塘大桥的实桥监测数据,进一步验证了该方法的有效性。结果表明,基于马氏距离累积量的损伤识别方法可以较为准确的识别斜拉桥主梁的损伤状况。     

基于加速度内积向量和灰云模型的结构损伤识别

为了解决测量噪声等引起的损伤识别不确定性问题,提出了基于加速度内积向量和灰云模型相结合的损伤识别方法。描述了云模型和云发生器的基本理论和公式,计算了结构在随机激励荷载下的加速度响应,并利用互相关函数和二阶差分法构造出加速度内积向量损伤指标,最后,基于灰云模型建立了内积向量和损伤区间的前件云和后件云。考虑随机测量噪声等引起的不确定性,利用多种模式下的加权和均化计算,建立了基于灰云模型的损伤识别方法。数值计算结果表明,所提出的基于灰云模型损伤识别方法,可以较好地进行含噪数据的损伤识别,其识别效果优于单纯的加速度内积向量损伤指标。     

大跨斜拉桥运营模态分析方法对比

以某大跨度斜拉桥一年的实测数据为依托,对桥梁结构运营模态分析的常用频域和时域方法进行对比分析.用探索性数据分析对桥梁实测数据进行评判,从实测数据中筛选符合识别方法基本假定的数据;分别运用频域和时域运营模态参数识别方法识别了主梁和斜拉索12个月的运营模态参数,并对识别结果进行了对比分析;对比分析表明:不同构件可采用不同的识别方法,基于自适应总体平均经验模态分解的数据驱动随机子空间法,对运营状态下斜拉桥主梁的密集模态参数识别效果最好;峰值拾取法能准确、快捷地识别运营状态下斜拉索的模态参数.研究结果可为大跨度斜拉桥运营模态参数识别提供依据和参考.     

基于区间分析的框架结构不确定性损伤识别方法

考虑实际结构易受荷载、环境温度和测试噪声等不确定性因素的影响,笔者基于区间分析原理提出框架结构不确定性损伤识别方法。利用测试的结构加速度响应数据,建立向量自回归模型,并采用其系数矩阵主对角线的马氏距离作为损伤特征指标。基于粒子群算法建立区间优化求解方法,并与传统的区间组合法和区间叠加法对比。通过提出的区间重叠率指标和区间名义值分别实现损伤定位和损伤程度的识别。数值模拟和实验室框架结构试验结果表明,区间分析能在测试数据较少时实现损伤识别,为损伤识别在实际结构中的应用提供了理论基础和技术手段。     

基于索力模型修正的斜拉桥主梁损伤识别与验证

为了快速检测斜拉桥主梁损伤,提出了一种基于索力模型修正的识别方法.首先建立了桥梁有限元模型并进行模型验证,形成优选原则以确定重点关注节段,将其单元刚度变化作为损伤识别参数修正变量,并将运营阶段实测索力作为跟踪目标.通过不断更新主梁不同节段局部刚度折减系数的取值进行模型修正,直至模型中的索力数值与实测索力值一致,此时的局部刚度折减系数取值与区域代表了主梁的刚度退化程度与所在位置.以蚌埠淮河大桥为例,利用荷载试验原始数据得到该桥成桥初态,以主梁节段接缝处局部刚度作为识别对象,以运营阶段实测索力作为跟踪目标,利用所提方法对主梁刚度退化的程度与位置进行识别,并基于桥检实测数据与结论验证该识别结果的准确性.分析结果表明,该方法具有科学合理与便捷经济的特点,适用于斜拉桥主梁运营状态的快速诊断与异变检测,可融入常规桥梁检测项目中.     

基于小波变换的台风激励下千米级斜拉桥模态参数识别

为了给大跨桥梁结构损伤识别和安全性评价提供现实依据,采用小波变换(WT)方法进行千米级斜拉桥的模态参数识别研究.以"海葵"台风激励下的苏通大桥为研究对象,基于结构健康监测系统(SHMS)采集的数据,采用WT方法共识别出包括频率和阻尼比在内的主梁前4阶竖弯模态参数、前2阶扭转模态参数和第1阶侧弯模态参数,并将结果与相关文献提供的模态参数进行对比;在此基础上研究了海葵台风期间该桥主梁模态参数的全过程变化情况.结果表明:基于WT的模态参数识别方法稳定可靠;随着时间的变化,主梁各阶模态频率均较稳定,而模态阻尼比的波动则较明显.     

基于多类型传感器信息的结构损伤识别方法

计算2组基于径向基神经网络的结构损伤程度识别结果,一组神经网络输入是加速度传感器信息,另一组神经网络输入是应变传感器信息;以2组识别结果及其可靠性为基础,提出采用D-S证据理论数据融合方法的结构损伤程度综合识别方法.以网壳结构为研究对象,建立结构损伤模型和神经网络样本库及输入输出向量,并对不同噪声水平下结构损伤程度识别结果进行计算.计算结果显示,基于多类型传感器信息的结构损伤程度综合识别结果的误差明显小于基于单类型传感器的识别结果,并在神经网络输入有噪声的情况下,仍保持较好的效果.因此,基于多类型传感器信息的结构损伤程度识别方法在合理应用结构多类型响应信息的基础上,能够获得更优的结构损伤程度识别结果.     

基于VMD和马氏距离SVM的滚动轴承故障诊断

针对滚动轴承早期故障识别较困难的问题,提出一种基于变分模态分解(VMD)和马氏距离支持向量机(SVM)的诊断方法。首先,采用小波阀值法对原始振动信号进行去噪处理,获得有效的振动信号。其次,根据VMD分解后每个模态的中心频率大小不同,确定最终分解层数。同时,从分解后的变分模态分量中提取能量特征。最后,为了对样本间进行距离度量,将马氏距离引入SVM的高斯核函数计算中,建立了一个基于马氏距离的高斯函数核,用于支持向量机分类器。利用改进的SVM对轴承的运行状态进行识别,实验结果表明所提方法在识别轴承正常状态、内圈、外圈以及滚珠体故障时,具有较高的准确率。     

荞麦蛋白的组成与功能成分研究进展

基于动力测试采用柔度变化率对一座独塔斜拉桥模型进行了损伤识别实用性研究,识别过程基于动力模态分析,激励方式包括车辆激励、锤击激励和环境激励,传感器布置方式包括稀布传感器和密布传感器两种方案。试验研究结果表明：柔度变化率可以识别梁式结构主梁的损伤位置;锤击激励产生的加速度信号损伤识别的效果最好;传感器的密布可以增加环境激励和车辆激励进行损伤识别的精度;斜拉桥的索力大小不影响柔度变化率进行主梁的损伤识别的效果。     

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.     

环境温度对斜拉桥动力特性的影响分析

基于东海大桥主航道斜拉桥健康监测系统测得的一年的环境温度和结构响应的数据分析了环境温度对结构动力特性的影响。首先基于环境温度的监测数据对环境温度的分布特点进行了分析,环境温度沿桥梁纵向具有很强的一致性,沿箱梁截面具有明显的温度梯度。接着分析环境温度对结构动力特性的影响机理,并通过实际监测数据进行了验证,其结果表明理论分析与实际监测数据具有很好的一致性。最后基于ARX模型对于环境温度对结构动力特性影响的惯性效应进行了分析,表明环境温度的影响具有明显的时间滞后效应,同时基于多点温度能够等效表示环境温度的惯性效应。     

大跨度斜拉桥施工过程索力和线形双控研究

为了使斜拉桥在成桥后达到合理状态,必须拟定合理的施工状态,即在施工过程中使斜拉索力和结构位形同时达到理想状态.采用一阶最优化计算方法,以成桥后结构的弯曲应变能和主梁的线形为目标函数,以斜拉索的初始张拉力和主梁节段的预抛高值为设计变量,建立了斜拉桥施工控制的空间非线性有限元分析模型,并以某大跨度预应力混凝土斜拉桥为例,模拟了混凝土主梁的悬臂浇筑过程.结果表明,该方法可使成桥后主梁的线形和结构的内力得到合理控制,从而可有效地确定斜拉桥的合理施工状态.     

结合逆非线性主成分分析和极值理论的桥梁损伤检测

为提高环境和运营变化（Environmental and Operational Variations, EOV）影响下的桥梁损伤检测可靠性,结合逆非线性主成分分析（Inverse Nonlinear Principal Component Analysis, INLPCA）和极值理论提出一种新的桥梁损伤检方法。该方法采用INLPCA对桥梁损伤特征进行建模,利用不完备健康监测数据的估计误差和添加神经网络训练惩罚项控制INLPCA的非线性程度。采用INLPCA对损伤特征的重构误差和马氏平方距离（Mahalanobis Squared Distance, MSD）建立损伤指标（Damage Indicator, DI）,最后基于DI的广义极值（Generalized Extreme Value, GEV）分布建立损伤检测阈值。以比利时KW51铁路桥和天津永和斜拉桥为例,验证所提方法的有效性。结果表明,所提方法能准确检测EOV影响下的桥梁损伤且对不同桥型和不同损伤特征均有良好的适用性。     

断索导致的斜拉桥结构易损性分析

提出从损伤场景对结构性能的影响程度和损伤场景占结构体系总体规模的比例两个参数进行结构易损性分析的方法,并以斜拉桥结构体系为对象,分别以主梁最小屈曲安全系数和最大应力安全系数作为结构性能参数,对不同位置拉索断裂的损伤场景进行了易损性分析.以某斜拉桥为例,采用提出的易损性分析方法,从众多的拉索断裂损伤场景中得到了造成后果尽可能严重而自身占结构比例尽可能低的易损场景.分析结果明确了结构对不同位置拉索断裂的敏感性,可以作为结构健康监测中监测内容选取以及传感器布设的参考依据.     

大跨度斜拉桥在车辆动力加载作用下的振动响应计算与监测

大跨度斜拉桥形式多样,结构轻柔,动力响应明显。为研究车辆动力加载作用对大跨斜拉桥的影响,基于健康监测系统长期监测数据建立车辆-桥梁动力相互作用分析模型,并编写相应计算程序。以福州市青洲大桥为工程背景,对随机车流进行模拟,考虑不同车辆类型及随机车流动态加载作用,建立车辆-桥梁动力平衡微分方程,验证车桥耦合振动模型,计算不同工况下由车辆载重、车距、车速等汽车荷载引起的桥梁振动响应。研究结果表明：车辆载重是影响桥梁位移变化的重要因素;控制行车间距有利于控制桥梁位移;行驶车速的提升和车辆数量的增加会在一定程度上引起主梁振动响应的加剧。研究成果可为大跨度斜拉桥的结构设计以及安全运营提供参考。     

基于结构健康监测的大跨度斜拉桥状态特性概率性分析

提出了基于结构健康监测（SHM）的大跨度斜拉桥结构状态特性概率性分析方法，并分别运用主航道斜拉桥和数值算例验证该方法的可行性.在主航道斜拉桥监测数据分析中用回归分析对环境影响效应进行分析，用序贯概率比检验进行结构状态概率性分析.在数值模型中采用因子分析对环境因素的影响效应进行分析，并基于奇异识别对结构损伤进行了概率性判别.     

大跨度钢斜拉桥主梁监测挠度的评估与预警

在南京长江三桥长期监测数据的基础上,提出了一种基于统计理论的钢斜拉桥主梁挠度的长期趋势评估和动态预警设置方法.首先,分析挠度随温度的变化特征,选取夜间0:00-1:00时段的挠度数据,剔除车辆荷载的影响,并考虑整体升降温作用,进而得到恒载挠度评估指标的基准值.其次,采用线性适度模型和基于实质的灰色关联度法对挠度进行评估,以2007~2010年的数据为例,结果表明:本文的评估结果与长期变化趋势一致,挠度变化趋势有助于指导桥梁结构病害的进一步检查.最后,基于一定保证率建立桥梁跨中挠度黄、红两级预警线,考虑交通量变化及累积损伤带来的影响,设置动态预警线.通过2008年雪灾前后状况和交通量增长情况两个示例进行检验,结果表明:本文设置的动态预警线不仅能有效地应用于桥梁正常运营或突发状况,还能根据桥梁的实际状况实现同步更新.     

桥梁运营监测数据相关性分析及温度效应剔除

针对某重载铁路桥梁运营监测数据,获取了温度、应变及挠度的基本特征,分析了结构温度与环境温度、结构应力以及结构挠度之间的相关性。进而将运营监测数据的组成分为荷载高频段和长波低频段,采用小波变换,将二者进行分离,分别得到了由温度效应和外部荷载所引起的桥梁应力及挠度数据,结果表明：桥梁结构温度变化主要依赖于其所处的环境温度;主梁截面温度较桥墩截面温度在趋势上更符合环境温度的变化;主梁在纵桥方向上的不同位置具有一致的温度分布形式;温度对桥梁应力和挠度均具有较强的相关性;剔除温度效应得到的列车活荷载作用下桥梁结构的响应结果更为精确,可为后续桥梁运营安全分析与评估提供科学数据和参考。     

预应力混凝土斜拉桥主梁局部应力子模型分析及试验

为掌握预应力混凝土斜拉桥主梁在运营荷载作用下的受力情况,根据其构造特点,将结构划分为2个结构体系,分别建立整体结构尺度模型和局部构件尺度模型,并采用子模型法进行跨尺度模型的衔接.以五河口斜拉桥的预应力混凝土主梁为例,进行了车轮荷载作用下的主梁局部应力分析,与该桥成桥静载试验的测试结果对比表明,计算结果与试验结果吻合良好,说明该计算分析方法实用、可行,从而为进行预应力混凝土斜拉桥在运营荷载作用下的受力特性分析提供了一种便捷、可行的途径.