基于裂缝特征的PC简支梁损伤刚度评估方法

为了研究预应力混凝土(PC)梁桥下挠与开裂后的结构性能评估方法,基于预应力混凝土简支梁的弯曲裂缝统计特征,考虑材料非线性特征,采用截面数值分析法,建立截面平衡迭代格式和截面损伤刚度表达式,提出了基于裂缝特征的预应力混凝土简支梁损伤刚度评估方法。分别采用规范法、基于实际裂缝特征的方法以及截面平衡分析法进行了模型桥验证。试验结果表明,截面一旦开裂,截面刚度迅速衰减,挠度迅速增大,刚度的衰减呈前快后慢的特点。采用本文提出的计算方法得到的荷载挠度曲线最接近于试验值。     

一种抑制模态混叠的改进HHT模态参数识别方法

针对传统HHT法识别模态参数时的模态混叠问题,提出基于互补总体平均经验模态分解(CEEMD)和信号调频变换(FM)结合的改进HHT模态参数识别方法;并在CEEMD分解后应用随机减量处理(RDT)削弱CEEMD分解对自由衰减响应的影响。将改进的HHT法应用于密集模态系统的参数识别中,结果得出:密集模态系统的频率为0.672 7,1.184 0,1.307 5,阻尼比为0.636 1,1.110 3,1.213 0,与其他方法所得数据相比,改进方法最接近真实数值。表明改进HHT法可以有效避免间断信号与密集模态共同作用下造成的模态混叠问题。     

基于小波包能量曲率的环境激励下简支梁损伤识别方法

为了识别环境激励下简支梁的损伤时刻及损伤位置,提出一种基于小波包能量的简支梁损伤识别方法.首先采用小波包技术处理环境激励下健康状态和未知状态的简支梁位移响应时程数据,获得其小波包能量;然后根据各子频带的能量占比筛选出最优频带,并进行归一化处理得到能量曲率;最后以健康状态下的小波包能量曲率计算的损伤识别指标作为参考,对比未知状态下简支梁的损伤识别指标,获得结构中的单点或多点损伤状况,包括损伤时刻、损伤位置和相对损伤程度.简支梁数值模拟结果表明,该方法在信噪比≥40 dB条件下可以准确识别结构的损伤状况.     

基于HHT的结构损伤特征量与异常诊断

Hilbert-Huang Transform(HHT)是一种新的适用于非线性、非平稳信号且具有自适应性的数据处理方法.提出了一种基于HHT的结构损伤识别方法,该方法利用结构动态响应信号的HHT边际谱构造出损伤特征量--模态成分向量,进而定义结构异常指数.通过比较结构同一位置不同状态下模态成分向量的匹配度来识别结构特性变化,实现损伤辨识.数值模拟分析表明,该方法具有有效性和实用性.     

考虑比例阻尼影响的梁式结构损伤识别方法

为了研究阻尼对梁式结构损伤识别结果的影响、提高损伤诊断和安全评估的精度,将梁式结构简化为比例阻尼系统,推导出基于单元模态应变能一阶灵敏度的解析表达式,建立了考虑比例阻尼影响的梁式结构损伤方程组及其损伤识别方法.采用混凝土简支梁数值算例模拟了6种小损伤工况,损伤识别结果表明:基于单元模态应变能一阶灵敏度的损伤指标能够识别出小损伤位置和损伤程度,最大相对误差不超过10%.分别采用包含不同位置损伤的实验室简支钢梁模型组和一座有实测损伤的梁桥验证所提方法的可行性.研究结果表明:考虑比例阻尼影响时,基于单元模态应变能的损伤识别方法可以识别出梁式结构小损伤和多损伤.     

基于应变模态小波神经网络的结构损伤识别方法

以框架结构为研究对象,利用小波分析和神经网络理论,结合二者的优点,运用小波分析来确定框架结构的损伤位置,运用神经网络算法来识别损伤程度,给出了基于应变模态参数识别框架结构损伤的原理,建立了一种识别结构损伤的小波神经网络方法.通过建立基于振型模态和应变模态的损伤识别方法,分别对9种不同工况下框架的裂缝位置进行识别,并对比了这2种模态下损伤位置的识别效果.然后,分别对框架的振型模态和应变模态进行连续小波变换,获得2种模态参数下的小波系数模极大值.利用神经网络去模拟小波系数模极大值与损伤程度之间的非线性关系来识别结构的损伤程度,并对比了这2种模态下损伤程度的识别效果.数值分析结果表明,小波神经网络可以有效地识别出结构的损伤位置和损伤程度,基于应变模态的损伤识别方法具有更好的准确性.     

基于改进HHT方法的密集模态结构参数识别

针对Hilbert-Huang变换(HHT)方法在识别结构模态参数中存在的经验模式分解(EMD)模态分解能力不足以及固有模式函数(IMF)分量之间不正交这2个问题,分别提出采用波组信号前处理和正交化经验模式分解的方法予以改进,并将此方法称为改进的Hilbert-Huang变换方法.在介绍正交化经验模式分解方法和波组信号前处理基本原理的基础上,给出基于此改进Hilbert-Huang变换方法识别结构模态参数的基本步骤,并通过一个具有密集模态的三自由度结构在脉冲荷载激励下的模态参数识别算例予以验证.研究结果表明:该方法可有效识别密集模态结构的模态参数,且识别效果优于基于HHT的模态参数识别方法的效果.     

基于变分模态分解的延时识别法在短延时微差爆破中的应用

短延时微差起爆时间的精确识别,对复杂环境下隧道爆破优化设计和减振控制具有重要意义.针对经验模态分解（empirical mode decomposition,EMD）识别方法和希尔伯特-黄变换（Hilbert-Huang transform）识别方法存在的模态混叠和识别精度低的缺陷,提出了基于变分模态分解（variational mode decomposition,VMD）的延迟识别方法.分别采用VMD识别法、HHT识别法和EMD识别法对八达岭长城站爆破实测振动信号进行处理.结果表明:在短延时爆破识别中,HHT法的识别结果波峰杂乱,无法精确找到起爆时间;VMD法和EMD法的识别率随着雷管延时的增加而增加;延时低于20 ms时,EMD法的识别率约为VMD法的3/4,延时高于20 ms时,两种方法识别率都在80%以上,以上结果表明VMD法在短延时爆破的优化设计中具有一定的参考价值.      

钢筋混凝土结构裂缝损伤状态模型建模方法与分析

提出了一种钢筋混凝土(RC)结构裂缝损伤状态模型的有限元建模方法.基于弥散裂缝数值模型,采用ANSYS中APDL实体建模技术,通过调控单元应力应变关系矩阵来模拟裂缝开裂后的力学行为,建立钢筋混凝土结构在含有稳定裂缝损伤情况下的状态模型.作为数值算例,分析了钢筋混凝土简支梁在不同开裂状态、不同开裂位置和多种阻尼工况下的静动力特性.结果表明,混凝土首次开裂对结构静动力特性影响最大,已有裂缝的张开闭合对结构的影响较小.简支梁的不利开裂位置集中在荷载响应较大的支座和跨中附近,以支座处最为不利.阻尼削弱钢筋混凝土梁的动态响应,对结构影响机理复杂,非线性明显.上述分析验证了该裂缝损伤状态模型建模方法的合理性和有效性.     

火灾下钢筋混凝土梁桥高温场形变分析

利用数值模拟程序分析了火灾高温下钢筋混凝土矩形截面简支梁任意时刻的温度场分布,研究了保护层厚度、荷载等级对火灾下的钢筋混凝土简支梁高温场时程形变的影响规律,建立了钢筋和混凝土的内力积分模型,以等比数列推导了非线性加速迭代方程.研究表明:截面温度分布与测点至梁体表面距离相关;保护层厚度对钢筋混凝土简支梁跨中挠度影响较大;火灾场钢筋混凝土简支梁跨中挠度时程曲线随荷载等级的增加呈非线性增长趋势,挠度时程曲线增大的程度随保护层厚度增加而减小;增加混凝土保护层厚度,可有效提高火灾场钢筋混凝土梁桥的耐火极限,控制其变形.     

CFRP加固RC简支T梁桥受力性能试验研究

为深入研究粘贴碳纤维布加固钢筋混凝土T梁桥的加固效果,结合某桥梁大修工程,通过在简支T梁梁底粘贴4层碳纤维布以提高其正截面承载能力.为检验加固效果,分别在加固前后对试验孔进行荷载试验,加固前后均采用两辆重约330kN的同型号三轴载重汽车作为试验荷载,重点检测了加固前后主梁跨中挠度、梁底混凝土及碳纤维布应变以及裂缝扩展情况.荷载试验结果表明,在简支钢筋混凝土梁桥上粘贴碳纤维布可有效抑制混凝土开裂,增加破损主梁的抗弯刚度,提高上部结构整体受力的能力.     

基于损伤模型的聚碳酸酯板桥异常裂缝成因分析及处置

预应力钢筋混凝土简支板桥由于自身结构简单、便于施工、较强的适应性以及较为经济等优点,如今仍被用作桥梁首选的桥型设计之一。但其也存在一些不足之处,许多桥梁在通车不久就相继出现不同的病害,其中梁板横向裂缝与纵向裂缝病害较为常见,将会对桥梁结构的安全性及耐久性产生较大影响。以一个先张法预应力混凝土空心板桥梁作为依托工程,分析了该桥梁端异常横缝产生的原因,通过有限元分析软件ABAQUS建立单梁的1/4模型进行分析,探讨预应力空心板梁在超载及预应力逐渐损失的情况下,对梁端产生横向裂缝的影响。结果表明:随着荷载的增大和预应力的不断损失,梁端附近混凝土损伤较为严重,且应力应变最先达到最大,先于其他部位出现开裂。在此基础上,通过TRM加固方法对损伤梁进行加固处理,整体承载能力显著提高,破坏形态明显改善。     

基于改进损伤算法及MCMC车流模拟的 混凝土桥梁疲劳寿命预测

基于改进损伤算法及多车道精细车流模拟,提出一种新的混凝土桥梁疲劳寿命的预测方法.改进损伤算法将每一次循环造成的损伤计入S-N曲线,对疲劳荷载作用下材料的S-N曲线进行了修正,使得材料疲劳寿命预测结果更贴近真实状况.采用马氏链蒙特卡洛模拟法(Markov Chain Monte-Carlo,MCMC),考虑车流中相邻车型及车道的相关性,生成多车道精细车流.分别通过一组钢筋混凝土梁及一组预应力混凝土梁多级变幅疲劳试验对改进损伤算法的准确性进行了验证.介绍MCMC多车道随机车流模拟的具体流程,并提出基于改进损伤算法及多车道随机车流模拟的混凝土桥梁疲劳寿命预测方法.最后,以某高速公路实测交通流数据与一座跨径为20 m的简支T梁桥为例进行分析.结果表明:5组试件预测误差较常规损伤算法均有明显降低,除两根预应力混凝土梁预测误差较大(53％～56％)外,其余3组试件误差较小(小于8％),表明改进损伤算法可用来预测混凝土桥梁的疲劳寿命;实例分析中,简支T梁桥各主梁应力幅谱呈现多峰分布的特征,与车辆荷载分布特征相似,验证了模拟的合理性;根据改进损伤算法预测,当年交通量增长率(Average Annual Growth Rate,AAGR)为0时,该T梁桥的疲劳寿命为77.50年,不满足设计使用年限要求.AAGR为3％时,疲劳寿命为52.49年,较AAGR为0时下降32.27％.     

混凝土桥墩非结构裂纹成因及受力特性分析

桥梁墩身开裂普遍存在,其开裂程度对结构承载力及耐久性的影响对保证桥梁的使用寿命和运营的安全非常重要。控制大体积混凝土桥墩早-中期裂纹尤其重要。通过研究桥梁混凝土墩身早-中期非结构性裂缝的成因及其对受力的影响分析,提出了在目前施工技术水平下,桥墩非结构性裂纹主要是由温度变化,混凝土收缩及后期的养护不利引起的,设计对构造约束认识不足导致的设计缺陷也是混凝土开裂的原因之一。对存在典型竖向裂纹的高大桥墩受力特性进行了分析,揭示了裂纹的存在会导致混凝土局部拉应力集中,使得裂纹继续扩展。对桥墩中-早期出现的裂纹,应及时分析原因进行修补,以保证结构的正常及安全使用。     

桥台混凝土挡块对连续梁桥地震响应的影响

为研究桥台混凝土挡块对中小跨径连续梁桥横向地震响应的影响,以一座连续桥梁为背景建立了有限元模型,采用非线性时程方法分析了桥台混凝土挡块的峰值强度对全桥地震响应的影响.研究结果表明:随着桥台混凝土挡块峰值强度的增强,桥台顶剪力需求逐渐增大,桥墩处支座位移需求逐渐减小,但减小幅值随着挡块峰值强度增加而减小并趋向于零.合理选取桥台处混凝土挡块的峰值强度能有效地减少桥墩的支座位移需求,并且能避免对桥台造成严重地震损伤.     

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。     

部分填充混凝土薄壁带肋箱型钢桥墩拟动力试验

为研究部分填充混凝土的薄壁带肋箱型截面钢桥墩在多遇和罕遇地震作用下的非线性动力性能,制作3根试件,分别不填充混凝土、底部填充20%及40%桥墩高度混凝土,通过MTS伺服加载系统进行此类试件的拟动力试验。试验采用日本阪神地震的JRT-NS波,得到不同工况下试件的位移时程曲线、荷载-位移滞回曲线和累积滞回耗能时程曲线。结果表明:多遇地震作用下,试件均处于弹性工作状态;罕遇地震作用下,底部填充混凝土的钢桥墩处于弹塑性状态,没有明显的破坏现象,表现出良好的抗震性能;对于试验采用的钢桥墩试件,随着底部塑性铰区域混凝土填充率的增加,管内混凝土对外围薄壁钢管发生局部屈曲的约束作用逐渐增大,桥墩的结构刚度、水平承载能力、最大响应位移、残留位移、耗能能力等抗震性能指标都随之得到显著改善。     

基于改进YOLOv7的道路裂缝和坑洞检测算法

道路裂缝和坑洞的检测是道路安全检查中的重要部分。针对道路实时检测中存在的漏检、错检等问题,本文提出一种基于改进YOLOv7的道路裂缝和坑洞检测算法。先将裂缝分为纵向、横向和网状裂缝,再使用可变形卷积(Deformable Convolutional Networks, DCN)替换原YOLOv7中特征提取网络里的卷积,使得形状差异较大且不规则的裂缝形状特征得到完整提取,提升裂缝的准确度;针对获取的图像中坑洞目标较小不易发现问题,通过先将边界框建模为高斯分布,再使用基于Wasserstein距离(Normalized Wasserstein Distance, NWD)的新的度量标准的小目标检测评估方法,提高坑洞的检测精度。实验结果表明,改进后的算法较原YOLOv7算法检测精度提高了4.1%,同时检测速度提高了17%,表现出更出色的检测效果。     

基于声发射技术的混凝土压缩损伤研究

结合力学特性参数及声发射特征参数对混凝土压缩破坏过程进行分析,结果表明声发射特征参数能有效表征混凝土材料内部裂纹扩展数量及损伤程度.基于小波变换对采集的声发射信号进行瞬态分析,获得了裂纹萌生、裂纹生长和微孔洞压缩、裂纹汇合所对应的声发射信号的时频特征.实验中裂纹萌生、裂纹生长和微孔洞压缩、裂纹汇合所对应的声发射信号的上升时间依次增长,频率依次降低与应变能释放理论相符合.     

基于数字图像的混凝土桥梁裂缝检测技术

应用visual C++6.0语言编制程序,研究了基于数字图像的桥梁裂缝检测方法,深入分析评价了图像灰度化、棋盘格角点求解像素率、滤波除噪、边缘检测等图像处理算法,实现了基于视频(或图像)的桥梁裂缝宽度计算和软件系统,并用15幅桥梁裂缝图像验证了其裂缝检测精度.结果表明:本文提出的裂缝识别方法能较好地用于钢筋混凝土桥梁和B类预应力混凝土桥梁的裂缝检测,当裂缝宽度大于0.3 mm时,图像计算出的裂缝宽度值与实测值非常接近,相对误差在6％以内;当裂缝宽度为0.2～0.3mm时,相对误差在10％以内.