钢管混凝土提篮拱损伤识别方法

为了对钢管混凝土提篮拱桥的损伤识别和诊断,建立了单圆管拱肋的空间有限元模型,并进行动力特性分析,利用空间曲线曲率模态差法对拱肋不同位置和不同程度的损伤工况进行识别和诊断。以一个钢管混凝土提篮拱桥作为算例,利用有限个测点和低阶振型对钢管混凝土拱肋不同位置和不同程度的损伤进行识别和诊断。研究结果表明:考虑空间效应的曲率模态差是提篮式拱桥拱肋损伤识别的有效方法,能准确识别多处损伤的情况;利用空间曲线曲率模态差法在桥梁现场布置若干测点测量的各振型位移模态能达到损伤诊断的目的;提出用空间曲线曲率模态差的变化方程对拱肋的损伤程度进行识别和诊断,适合用在钢管混凝土拱桥的健康监测系统中;空间曲线曲率模态差法通过位移自由度的退化,适合对平行拱和连续梁桥进行损伤识别和评估,具有通用性。     

基于曲率模态比值的城市公路桥梁损伤识别

损伤识别是大型桥梁综合监测系统的重要任务之一.本文从基于曲率模态的城市公路桥梁损伤识别方法入手,从理论上研究了曲率模态损伤指标,并用ANSYS软件对一钢筋混凝土单跨简支梁进行了数值仿真分析,指出曲率模态在应用于损伤识别时的特性,并在此基础上提出曲率模态比值,通过数值模拟分析看到它是一种良好的损伤指标,具有很好的发展前景.     

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.     

基于小波变换的钢桁梁桥损伤识别数值分析

为了验证基于曲率模态理论和小波变换相结合的损伤识别方法在桥梁结构监测中的适用性,采用SAP2000软件创建钢桁梁桥有限元分析模型.通过调整节点处单元弹性模量的方法改变节点的连接刚度,并模拟节点的不同损伤工况,然后对结构的模态振型进行曲率模态计算.在Matlab软件中应用Bior3.9小波函数编程,提取曲率模态信号的小波变换系数得到损伤指标D值,根据小波变换模极大值法对桥梁节点进行损伤识别.研究结果表明,该方法能够较好地识别出损伤节点的位置,并且损伤指标会随着损伤程度的提高而增大,为钢桁梁桥的损伤检测和健康监测提供了一定的参考和借鉴.     

基于模态曲率相关性分析的结构损伤定位方法研究

基于对灰色相关性分析在结构损伤中的已有研究,对基于灰色模态曲率相关性分析的动力损伤识别技术进行了深入研究,首次提出了基于一阶振型数据的损伤定位敏感因子一模态曲率置信因子（MDCAC）,通过该参数的变化曲线,就可以根据不同节点在损伤前、后的模态曲率因子的大小实现对结构的损伤定位。通过悬臂梁的数值分析,验证了模态曲率置信因子（MDCAC）是一个对损伤极为敏感的参数,该参数不仅对单损伤可以准确定位,对于相邻的多损伤、不相邻的多损伤都可以精确识别,即使是小到1％的微损伤也可以通过该参数的变化曲线对损伤单元准确识别。运用该因子进行损伤定位时,只需结构的一阶振型数据,而且不论数据量的多少,该因子都能对损伤单元进行准确的定位,因此该方法在大型结构及复杂结构的损伤识别中具有广阔的应用前景。     

运营环境下混凝土简支梁桥裂缝的非线性损伤识别

针对混凝土简支梁桥常见的开裂病害,基于改进的Hilbert-Huang变换(HHT)提出裂缝的非线性损伤识别方法。选取曲率曲线型呼吸裂缝模型并将其融入车桥耦合共振系统,以更真实地模拟运营环境下裂缝的非线性开闭现象。引入镜像延拓法和集合经验模态分解法分别改进传统HHT算法的端点发散和模态混叠问题,提取桥梁加速度响应的能量时程曲线,将能量时程曲线尖峰出现时刻和相对幅值比分别作为损伤定位和定量的特征指标,从而建立简支梁裂缝的非线性损伤识别方法。数值算例表明,采用单一传感器便可通过文中方法识别简支梁开裂的部位和程度,为混凝土简支梁的损伤识别提供技术支撑。     

多梁式桥梁检测的叠加曲率模态差变化率方法

鉴于应用曲率模态的桥梁损伤识别研究大多以一维单梁式结构为研究对象,提出利用G-M法的思想并基于薄板振动理论将多梁式结构转化为正交异性板后,类比梁弯曲理论得到该结构两正交方向曲率表达式,通过分析采用单阶曲率模态差指标进行桥梁损伤识别的不足,考虑利用多阶曲率模态变化率叠加指标进行损伤识别,最后采用有限元软件Ansys建立桥梁模型计算单位置、多位置不同损伤程度的多种工况。Matlab绘图结果表明:沿桥梁纵向叠加指标识别更为精确,对未损伤位置数据扰动更小,指标独立性高,可利用该指标进行多梁式结构的损伤定位。     

简支梁损伤的模态曲率差值试验分析

在模态曲率差理论的基础上,运用采集和实时分析软件DASP得到结构位移模态分析数据,分析不同损伤状况下简支梁结构的模态曲率差曲线及损伤前后结构的固有频率.试验结果表明:模态曲率差指标能很好地识别出单个单元损伤和多个单元的损伤位置;单点或多点损伤的一阶模态曲率差值曲线的识别效果较为准确,损伤程度与曲线峰值的大小能够相对应,一阶模态曲率差曲线对损伤位置敏感性较强;该方法的进一步完善使得对大型结构进行无损检测成为可能.     

基于动力特性灵敏度解析代数算法的结构损伤识别:理论与数值分析

基于结构动力特性灵敏度解析解,建立了结构损伤方程组代数表达式,该损伤方程组通过矩阵运算实现,简洁紧凑,有效地避免模态截断问题.同时,基于经典的随机子空间模态算法(stochastic subspace method,SSI)实现结构损伤前与损伤后的模态参数识别.将结构损伤前后模态参数识别结果代入损伤方程组,可以检测出桥梁结构损伤的位置和损伤的程度,该方法无需迭代.利用简支梁桥算例对该模态参数识别方法和损伤识别方法进行了验证和分析.数值计算结果表明,在噪声水平较低地工况下,本文提出的方法对单损伤梁和多损伤梁均能实现损伤定位和损伤程度的判别,计算效率较高.     

高速铁路钢-混凝土组合梁的损伤识别

以某高速铁路桥梁钢-混凝土结合梁模型为例,模拟多种损伤情况,分别运用以固有频率、振型、曲率模态为识别指标的方法进行损伤识别.通过对模型的无阻尼自由振动分析研究损伤指标与损伤之间的关系;以模型不同部位抗弯刚度的折减模拟不同程度的损伤.研究结果表明,固有频率及振型能反映结构的整体性能,但很难判断损伤位置;曲率模态对局部损伤较为敏感,损伤定位比较准确.     

拉索损伤下的斜拉桥状态分析和损伤识别

以某在建双排单索面三塔四跨斜拉桥为工程背景,利用有限元软件Midas/Civil,通过静力分析的方法,研究不同长度、不同位置的拉索损伤对全桥索体索力、主梁线形变化的影响规律,为此桥将来健康监测设备的布设和构件的维修加固提供科学依据;通过引入曲率模态理论和灰色度相关理论,对测量信息不完备的结构系统进行拉索损伤识别方法的研究.研究结果表明,10号塔右侧和12号塔左侧拉索损伤时对结构内力的影响最大;当多根拉索同时发生损伤时,拉索的横向对称损伤对结构的影响最大,原点对称损伤影响最小,如若进行换索施工,建议采用原点对称的方式进行;提出了索力指标和曲率位移指标的双指标损伤识别方法,并在结构系统信息不完备的情况下成功实现了损伤拉索的定位,且该方法比基于单参数损伤识别的结果更加准确.     

桥梁预警系统中两种损伤识别方法的对比分析

损伤识别技术是桥梁安全预警系统中的关键内容,损伤识别的方法还决定着整个系统的工作性能。通过对连续箱梁桥的仿真分析,从对损伤的灵敏性、定位的准确性以及对测试误差的抗干扰性三个方面出发,结合理论设定不同的工况对曲率模态法和柔度矩阵法进行综合的对比分析,研究了曲率模态法和柔度矩阵法在桥梁安全预警系统中的适用性问题,为桥梁安全预警系统中损伤识别方法的选择提供了依据。     

曲率模态方法对系杆拱桥的损伤识别

以系杆拱桥为研究对象,利用Midas建立有限元模型,研究系杆拱桥结构的特殊动力特性,并对基于曲率模态分析理论的损伤识别方法进行了探讨,引用平均曲率模态因子指标对系杆拱桥吊杆损伤进行判定,并利用平均曲率模态因子指标对实际已损伤的系杆拱桥测试数据进行分析,通过Matlab程序实现识别算法并获得识别参数,利用绘图软件强大的绘图能力绘制参数变化图,根据参数变化图判定实际系杆拱桥的损伤是否存在及损伤位置,验证平均曲率模态因子指标在实际系杆拱桥损伤识别中运用的可行性及适用性.研究表明:当系杆拱桥出现损伤时,已损伤位置平均曲率模态因子曲线会发生突变,运用平均曲率模态因子指标可以较好判定实际系杆拱桥的损伤位置,初步判定结构的相对损伤程度,在实际系杆拱桥的损伤识别中具有一定的应用价值.     

基于数据驱动的应变模态参数随机子空间识别法

基于以应变和应变率为状态变量的系统随机状态空间模型,比拟基于数据驱动的位移模态参数随机子空间识别方法,建立基于数据驱动的应变模态参数随机子空间识别方法,用于环境激励下的结构应变模态参数识别,并通过数值算例和实例对识别方法进行验证。数值算例计算结果表明:应变模态参数随机子空间识别法可在各种噪声情况下较好地识别出结构的曲率模态振型,而且识别的曲率模态振型对局部损伤很敏感,具有较强的抗噪能力;实测算例识别的应变模态振型也与理论振型较吻合,从而进一步验证本研究识别方法的实用性。     

基于柔度曲率曲线拟合的薄板结构损伤识别研究

提出了基于柔度曲率多项式曲线拟合的损伤识别方法,并用该方法对薄板结构进行损伤研究。采用有限元软件ANSYS进行模态分析,得到损伤薄板的模态振型和固有频率,进而得到X方向和Y方向柔度曲率,然后分别在X方向和Y方向进行多项式曲线拟合。基于拟合值与原始值的差值构造新的损伤指标。数值算例的结果表明,基于柔度曲率多项式曲线拟合的方法相比仅采用柔度曲率矩阵的方法能够更好地进行平板损伤定位,同时相比柔度曲率差等需要结构损伤前后模态数据的损伤识别方法,该方法不需要用到结构损伤前的模态数据,可以运用于难以获得健康结构的模态振型数据的结构损伤识别中。     

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,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%,表明所提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,所提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。     

基于动力指纹和Bayes数据融合的桥梁损伤识别

受测量噪声的影响,采用单一指标评价桥梁安全容易产生误判,因此提出一种基于Bayes理论的桥梁损伤识别方法.该方法将识别过程分解为损伤定位识别与损伤定量识别两部分,首先采用Bayes公式融合归一化的动力指纹,进行损伤位置识别,进而提取损伤处的动力指纹构建Bayes网络,计算各节点的条件概率,从而识别损伤程度.通过简支梁数值模拟验证了该方法具有良好的抗噪性,尤其能够对小损伤准确定位,对程度差别小的损伤准确分类.     

基于振型数据的蜂窝夹芯板损伤检测

以含有结构损伤的四边简支铝制蜂窝夹芯板为研究对象,采用锤击法模态实验提取损伤蜂窝夹芯板的振型数据,并针对蜂窝夹芯板上不同位置、不同程度的损伤,分别采用振型差值、曲率模态和高斯曲率模态三种损伤识别方法进行识别.结果表明:在四边简支铝制蜂窝夹芯板中存在损伤时,结构损伤位置处的振型差值比较明显,说明采用振型差值法对结构损伤进行识别可以准确判定损伤的位置,且在损伤位置准确判定后,可根据该位置已有的差值信息进行损伤程度判定.     

基于随机子空间的钢管混凝土拱桥模态参数识别

结构模态参数识别是结构健康监测领域研究的重点.基于随机子空间法理论,在环境激励下对某钢管混凝土拱桥拱肋进行模态参数识别,得到该桥拱肋的固有频率、阻尼比和振型等模态参数;用Midas-Civil有限元软件建立该桥梁的计算模型;对实测结果和计算结果进行对比,验证识别结果的可靠性.试验结果可作为该桥梁的损伤识别、使用状态评估和健康监测的基础.     

基于多尺度模型修正的结合梁斜拉桥损伤识别方法

以灌河大桥为工程背景,提出了基于多尺度有限元模型修正的结合梁斜拉桥损伤识别方法.首先基于现场环境振动试验结果和两阶段响应面方法对初始多尺度模型进行修正,并将修正后模型定为原始未损伤状态;进而,利用多尺度模型修正方法对结构不同部位不同程度的损伤进行识别,并探讨了模态曲率损伤指标和单元模态应变能损伤指标对不同结构尺度损伤的敏感性.分析结果表明:在不考虑噪声干扰情况下,模态曲率和单元模态应变能指标对精细小尺度单元区域主梁微小(1%)损伤均较为敏感,可识别出结构的损伤位置,而对大尺度单元区域的损伤敏感性略低;在考虑噪声干扰情况下,精细小尺度单元区域比大尺度单元区域在损伤识别方面的抗噪性更好,且模态应变能损伤指标的抗噪性略优于模态曲率损伤指标.故而提出的多尺度建模及其损伤识别方法具有应用到实际工程中微损伤识别的潜力,并为大跨结构损伤预后奠定了基础.