移动车辆加载下梁桥挠度影响线识别与损伤诊断方法

为了解决桥梁实测时程响应中存在结构动力成分与车辆多轴效应干扰的问题,提出一种基于挠度影响线识别结果的简支梁桥损伤诊断方法。首先,通过变分模态分解与小波变换法对桥梁时程响应进行预处理,以实现桥梁实测响应动力成分剥离,进而建立多轴车辆信息矩阵和影响线识别模型,从而剔除桥梁实测响应中车辆多轴效应,采用Tikhonov正则化方法识别出桥梁准静态挠度影响线,最后利用影响线差值曲率指标对桥梁损伤进行定位。研究通过两轴和三轴车辆移动加载下的车桥耦合模型验证所提方法的可行性与有效性。研究表明：所提两种影响线识别方法有效、可靠,影响线识别效果受车速和车型的影响较小,其中变分模态分解方法在车辆高速行驶下识别桥梁影响线用于损伤诊断效果更佳。     

基于车桥耦合等截面连续梁桥单损伤识别研究

文章基于车桥耦合振动分析的基本理论,选用1/4车辆模型,对等截面连续梁桥进行单处裂缝损伤的识别研究。首先计算得到连续梁桥的振型函数,然后利用编写的程序模拟车辆匀速驶过桥梁的过程,求解车桥耦合振动的方程得出车辆及桥梁关键特殊位置的响应。基于该文改进的非线性车桥耦合振动方程求解无损伤和有损伤时桥梁竖向振动响应直接进行损伤识别,无需再进行特殊的信号处理。以某三跨等截面连续梁桥作为研究对象,进行单处裂缝损伤的工况分析。研究结果表明,可以通过桥梁跨中竖向位移出现偏差的位置区间和偏差的大小程度,辅以跨中竖向位移响应的变化规律,判别出裂缝损伤的位置范围以及相对损伤程度。     

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。     

基于车桥耦合振动的等截面连续梁桥多损伤识别研究

文章选用1/4车辆模型,用单元刚度的减少模拟裂缝损伤,对等截面连续梁桥进行损伤识别研究。利用MATLAB中的Cftool模块拟合离散的振型数据得到振型函数,再利用MATLAB模拟车辆匀速驶过桥梁的过程,求解车桥耦合振动方程,可得车辆与桥梁特殊位置的响应。研究结果表明：通过车体竖向速度响应比无损时增大的位置可以识别桥梁的损伤跨;根据车辆行驶到损伤跨时对应的该跨跨中竖向位移响应与无损时存在偏差的位置,可以识别桥梁存在损伤的范围;通过偏差的大小可以判断损伤的大小。     

混凝土三维裂缝的非线性数值分析

对各种断裂类型的Ｐ－Δ试验全曲线进行处理后，拟合得到了各σ－ｗ软化曲线的统一数学表达式，以及相应的应力－应变本构关系．同时从能量的观点出发，将应力－应变本构关系转化为能量－应变本构关系，从而可以方便地跟踪三维裂缝的扩展过程．用自编的非线性有限元程序成功地数值模拟了三点弯曲梁的裂缝扩展过程，得到的Ｐ－Δ全曲线与实验曲线吻合     

基于计算机视觉的混凝土裂缝识别

为降低对结构表面进行裂缝识别的经济和时间成本,而采用计算机视觉技术、使用消费级照相机对裂缝图片进行处理,识别裂缝区域和测量裂缝宽度,包括图像模糊、图像增强、形态学运算、图像畸变校准、连通域标记、孤立点消除、裂缝碎片拼接等.对提取出的裂缝区域,统计裂缝发展方向,计算其对应的裂缝长度及宽度.通过钢筋混凝土梁静力加载试验,对梁表面裂缝进行拍摄,在实验室条件下得知裂缝宽度误差在0.1 mm左右.     

基于空气耦合非线性共振频率偏移的混凝土损伤评估研究

针对受损混凝土的整体损伤评估,提出并验证了基于空气耦合的非线性共振频率偏移法。首先通过对混凝土试件进行逐级加载实现了试件损伤的累积,之后利用空气耦合传感器代替传统的接触式传感器进行了试件振动信号采集。研究了距离对空气耦合漏泄波强度的影响;并对两种传感器采集信号的频谱特性进行了对比分析。最后构建非线性共振频率偏移损伤指标迟滞非线性系数对受损混凝土构件的损伤过程,进行了跟踪分析与刻画;并与以纵波波速和固有频率作为线性损伤指标的损伤评估方法进行了对比。实验结果表明,空气耦合方法可快速有效地进行试件振动信号采集;随着试件损伤的累积,非线性损伤指标和线性损伤指标均发生了变化,但迟滞非线性系数的变化更为显著。研究成果为混凝土损伤识别提供了新方法和新思路。     

结构裂缝群的小波方法识别和数值模拟

为采用相对简单的方法对桥梁进行损伤识别,从而实现对结构健康状况的监测,基于桥梁裂缝常以裂缝群方式出现这一现象,通过Lipschitz指数与小波消失矩之间的关系．利用小波变换极大值在多尺度上的变化规律来表征信号突变点的性质,从而判定信号有无奇异点并确定其位置．并通过带裂缝简支梁有限元模型的静力模拟,运用前述理论,确定裂缝群的发生及位置．结果表明,较之传统方法,文中方法不仅更为经济方便,而且检测结果更为精确可靠。     

混凝土裂缝在拉应变下的损伤与断裂分析

基于最大拉应变断裂理论,推导出了混凝土Ⅰ和Ⅱ复合型裂缝在静力荷载作用下缝端附近损伤区的边界方程式,给出了允许损伤尺度的定义、计算公式和损伤断裂判据,实现了损伤与断裂力学的有机结合．计算求得的损伤区长度与实测结果基本相符．     

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.     

基于改进布谷鸟搜索算法的架桥机结构损伤识别

针对架桥机结构损伤的特点及布谷鸟搜索算法存在收敛速度慢、缺乏活力等问题,从动态发现概率、步长和莱维飞行三个方面对布谷鸟搜索算法进行了改进.以TLJ900型架桥机的主梁为研究对象,针对裂纹损伤,以固有频率和模态保证准则作为损伤检测的指标,用改进后的布谷鸟搜索算法对架桥机的结构进行了损伤识别.仿真结果表明:与其他智能优化算法相比,改进算法的收敛速度和全局寻优能力有明显的提升,能更准确的判断出架桥机结构损伤的位置和程度,故障识别精度更高.     

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。     

基于模态应变能法的混凝土梁桥结构损伤识别研究

基于模态应变能理论,得到能用于混凝土桥梁结构损伤的识别指标.假定结构存在不同位置和不同程度的损伤,运用Ansya软件进行有限元分析,得到混凝土桥梁损伤前后的前5阶模态,然后再运用计算机软件编程计算结构的各单元的损伤指标.数值模拟结果表明,损伤指标在损伤单元处的数值是最大的.因此,采用所提出的损伤指标,对混凝土桥梁结构进行损伤定位识别是可行的.     

斜拉桥结构损伤识别的概率可靠度法

从概率可靠度的角度出发,提出并发展了基于参数识别和假设检验的斜拉桥结构损伤识别方法.将正则化理论引入参数识别过程,综合利用蒙特卡罗方法和最优化理论识别结构的主要参数并获得其概率分布特性,进而采用假设检验确定损伤的位置和程度,实现损伤的概率诊断.为验证方法的准确性和有效性,将其应用于斜拉桥的损伤识别问题,提出了斜拉索损伤识别的斜拉索索力指标,得出了有益的结论.     

Cross spectral energy method for damage assessment of the cable-stayed bridge under operational conditions

The new cross spectral energy method （CSEM） is proposed for maintaining cable-stayed bridge safety by the measurable output-only vibration response. Damage assessment of real structures is limited by a series of problems such as unknown ambient excitation forces, errors introduced by system identification, incomplete dynamic measurements, etc. Thus the methodology based on cross spectral energy of each substructure member is derived to meet these challenges. The novel damage index does not require any modal or parameter identification technology. It can be calculated directly from vibration test data. In order to evaluate the efficiency of the presented methodology, a three dimensional （3D） actual cable-stayed bridge model .with one or more damaged positions under operational conditions was studied. In order to testify the reliability of damage detection method, the response data was polluted by the random noise. It is proved that the proposed method can successfully localize all damage cases even in noisy data. With the help of examples, the CSEM can potentially be applied as a nondestructive evaluation technique （NDT） for on-line health monitoring of cable-stayed bridges with minimum disruption of its operations.     

氯盐环境下修正钢筋腐蚀速率的混凝土桥梁抗弯可靠性

在氯离子侵蚀环境下,钢筋混凝土桥梁受弯构件抗力的衰减,主要是由于钢筋腐蚀造成的,因而引起了结构在设计基准期内的可靠性下降.本文分析了影响钢筋锈蚀速率的因素,建立了修正的钢筋腐蚀速率模型,计算了不同水灰比、不同保护层厚度等对桥梁构件可靠性发展的影响.     

基于病害检测的连续刚构桥震害预测方法研究

在连续刚构桥的运营过程中,桥梁各部件可能出现锈蚀、变形、腐蚀、开裂等多种病害,这些病害可以使桥梁各部件的功能退化甚至消失,使它们达不到设计时的抗震要求,严重影响其抗震性能。在对连续刚构桥的构造特点及病害加以分析的基础上,研究了连续刚构桥病害对其抗震性能影响的评价,并用扣分的形式加以表现。     

高持续荷载下混凝土徐变和损伤耦合机理

为研究混凝土在高持续荷载作用下徐变和损伤的耦合机理.采用加卸载、碱骨料及高温烘烤获得了带不同初始损伤的混凝土,并开展了损伤混凝土在不同应力水平高持续荷载下的徐变试验,分析了混凝土徐变变形和损伤随持荷时间的变化规律,研究了单调加载和持续荷载下材料内部损伤演化和应变能累积的关系.结果 表明:混凝土在长期荷载作用下损伤随徐变应变增加而增大,在损伤稳定发展阶段徐变应变与损伤基本呈线性关系.混凝土在不同荷载形式下应变能和损伤的演化关系相同,可以通过混凝土单轴损伤-应变能关系来表征高持续荷载下徐变和损伤的耦合关系.研究成果可以为长期荷载下混凝土结构分析提供参考.     

基于影响线多源信息融合的悬索桥损伤识别

为了精确识别悬索桥结构构件的损伤位置及程度,建立悬索桥空间结构有限元模型,通过模拟准静态加载提取并分析结构的位移、应力影响线,并构建了影响线曲率差指标,通过提取结构振型与频率,构建悬索桥结构柔度矩阵,并构造柔度曲率差变化率指标,用于悬索桥结构构件损伤识别。基于Dempster-Shafer证据理论融合影响线与柔度指标,对模型中纵向下弦杆、纵向斜腹杆和吊杆的不同位置与程度损伤进行识别敏感性研究。研究表明,柔度曲率差变化率损伤识别指标比影响线损伤识别指标对悬索桥构件损伤更为敏感,信息融合指标比单一损伤识别指标损伤定位精度更高,且具有较好的噪声鲁棒性。     

钢筋混凝土桥墩地震破坏振动台试验研究

钢筋混凝土桥墩箍筋约束不足和剪跨比过小(短柱)造成的脆性剪切破坏在近几次地震桥梁震害中占有较大比重.为解决此问题设计制作了各3根圆形截面和方形截面桥墩试件,分别代表具有良好箍筋约束、配箍率不足和小剪跨比3种情况,并通过振动台试验研究了其抗震性能.对小震、中震和大震作用下桥墩试件的破坏形态、加速度和位移反应、位移延性系数和耗能等方面进行了比较分析,结果表明,小剪跨比桥墩在地震作用下反应位移延性系数较大,在抗震设计时应引起足够重视.