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.     

基于模态应变能法的钢筋混凝土梁裂缝损伤检测试验

应变能对局部损伤较固有频率更为敏感.把结构遭受裂缝损伤的应变能变化量作为损伤指标,提出一种新的无损裂缝识别方法.并把影响损伤指标因素与假设检验相结合,利用参数假设检验进行识别结果验证.用钢筋混凝土梁进行模态试验,提取梁损伤前后的模态参数,用该方法进行裂缝位置及深度参数的识别.结果表明,将该方法用于裂缝损伤检测是可行的.     

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.     

基于小波包能量谱的大跨斜拉桥拉索损伤预警方法

为了实现对大跨斜拉桥拉索损伤的有效预警,将小波包分析应用于结构损伤预警中.在基于小波包能量谱的结构损伤预警理论的基础上,提出了大跨斜拉桥拉索损伤的预警方法,并以润扬大桥斜拉桥为例,研究了这种方法的损伤适用性和损伤敏感性.数值分析结果表明,与频率等动力参数相比,采用基于小波包能量谱的结构损伤预警指标能更有效地发现大跨斜拉桥拉索的早期损伤,且通过对多测点损伤预警指标的分析与比较能初步实现拉索的损伤定位.可见,该结构损伤预警方法具有实用性,对结构损伤定位亦有帮助.     

基于因子分析和序贯概率比检验的结构损伤识别

提出一种基于因子分析和序贯概率比检验的结构损伤识别方法。基于健康监测数据提取的结构状态特征不仅受结构状态的影响,而且受环境因素、测量噪声、分析误差的影响。当影响结构状态特征的环境因素未知或者不能完全测量时,基于因子分析可以提取结构状态特征场的公共因子作为环境影响效应的映射,并结合序贯概率比检验识别结构损伤。首先对因子分析的基本理论进行介绍,并建立因子分析的矩阵扩展法,在此基础上讨论基于Mann-Whitney秩和的序贯概率比检验的结构状态判别。最后通过1个斜拉桥的数值算例验证方法的可行性,结果表明该方法能够准确地识别较小的结构损伤。     

基于概率理论和AR/GARCH模型的非线性损伤识别

为了解决在不确定因素干扰下的结构非线性损伤识别问题,提出了基于概率理论和自回归/广义自回归条件异方差(AR/GARCH,autoregressive/generalized autoregressive conditional heteroskedasticity)混合模型的非线性损伤识别方法。描述了AR/GARCH模型的组合理论及其相应的组合公式,给出了模型参数估计和定阶方法。利用损伤前后的加速度响应信号构造AR/GARCH模型,并进一步提取出非线性损伤特征因子。采用概率理论和置信区间方法获取相应的损伤存在概率,并建立基于层间刚度的基本概率损伤指标。在此基础上,基于权化技术提出了改进概率损伤指标以提高识别可靠性。数值计算和实验验证结果表明,基于概率理论和AR/GARCH模型的损伤技术可以较好地解决不确定因素干扰下的非线性损伤问题,改进概率指标的识别效果明显优于基本概率指标。     

基于径向基函数神经网络的斜拉桥损伤识别

为寻求桥梁结构自动损伤识别的方法，利用径向基函数（RBF）神经网络对某斜拉桥进行了损伤识别研究。分别采用了频率、振型模态、曲率模态3种指标作为网络的输入参数，考虑1根斜拉索损伤、2根斜拉索损伤及3根斜拉索损伤的三类工况，提出了损伤位置识别判断准则及识别效果评价指标。研究表明，径向基函数神经网络对斜拉桥的损伤位置和损伤程度能进行有效识别，构造样本和选择损伤指标是今后的研究方向。     

基底输入未知条件下质量不确定结构损伤识别

针对结构各层有效质量和地震动输入均未知情况下的损伤识别问题,构造了不需要已知周围土壤、邻近结构和非结构构件影响的层间规格化刚度参数和阻尼参数,提出了一种新的逐层递推时域识别方法,给出了用规格化参数进行损伤识别的公式.为避免结构质量的影响,引入暂态影响参数和相关参数,并分析了质量误差对参数识别的影响.该方法利用测试数据时程直接进行结构损伤识别,并可反演出地震动时程.算例表明本方法切实可行.     

基于ASCE SHM Benchmark模型的两阶段结构损伤识别方法

近年来,一种激励未知和输出部分已知条件下结构局部损伤识别的新方法得以提出,这种方法能基于子结构思想进行复杂结构的局部损伤识别,基于此方法,提出两阶段的损伤识别策略,并将其应用于第1阶段ASCE SHMbench-mark模型的case 4的4种损伤识别,以检验此方法的有效性.在第1阶段,提出8-DOF的损伤模型以进行损伤层的定位;第2阶段,利用子结构的思想,提出12-DOF的损伤模型,在包含损伤层的子结构中对损伤进行准确识别和定位.采用扩展卡尔曼方法对增广状态向量进行估计并使用最小二乘对未知激励进行递推,识别未知激励下的结构物理参数.损伤识别的结果显示,此方法能高精度地识别benchmark模型的各种损伤情形.     

动态规划方法在斜拉桥模型索力优化中的应用

本文提出动态规划的方法来进行斜拉桥索力优化。介绍了实际试验模型的调整及模型的制作过程,详细介绍了模型试验方法,通过实验模拟斜拉桥整个施工流程,研究桥梁的工作状态,得到斜拉桥施工过程中节点位移变化,将试验结果与动态规划理论结果进行对比。建立斜拉桥有限元模型,与实验模型进行对比。研究表明：将用动态规划方法计算出来的斜拉桥主梁的竖向位移与各阶段理想竖向位移进行比较,发现二者相差很小,优化后内力分布更均匀,弯矩减小。说明了动态规划方法可以应用于斜拉桥索力优化。     

考虑拉索抗力退化的斜拉桥体系可靠度评估

疲劳损伤和大气腐蚀作用致使斜拉索性能退化,影响斜拉桥运营期的安全水平.为了分析拉索抗力退化对斜拉桥体系可靠度的影响,建立了斜拉索抗力退化的串并联概率模型,提出基于机器学习的斜拉桥时变体系可靠度分析方法.以经典斜拉桥和某大跨度双塔混凝土斜拉桥为工程背景,研究了考虑拉索抗力退化的结构时变体系可靠度.研究结果表明:对于稀索体系的小跨度斜拉桥,随着斜拉索抗力的逐步退化,桥梁结构体系的主要的失效路径为由梁和塔的弯曲失效逐渐转变为由拉索腐蚀引起的拉索强度失效;当拉索抗力退化后的可靠度低于主梁关键截面可靠度时,结构体系可靠度将显著降低;对于密索体系的大跨度斜拉桥,在拉索疲劳和腐蚀共同作用下,该斜拉桥体系可靠指标将在29年降低到5.2.     

混凝土斜拉桥结构健康状态评估模型

基于青岛丹山水库混凝土斜拉桥，建立了斜拉桥有限元数值分析模型，确定桥梁受损后各子结构权重，选择典型斜拉索，对桥梁结构健康状态进行分析。首先运用通用结构分析软件对实桥建模，得到桥梁数值模拟试验模型及试验数据；再用正交试验选择典型斜拉索，大大减少了对桥梁分析计算的工作量；将桥梁分为3个子结构，用层次分析法确定各子结构权重，并建立了混凝土斜拉桥结构健康状态评估模型。结果表明，该模型能有效地对桥梁进行损伤评估和状态评估。     

基于微波干涉雷达的斜拉桥索力测量方法

为提高大跨径斜拉桥索力测量的工作效率,提出了一种基于微波干涉雷达的斜拉桥索力测量方法,并将其测量结果与 DaspBCF手持式索力测量仪和JMM-268接触式索力动测仪的索力测量结果进行了对比检验。该方法采用IBIS-S微波干涉雷达系统提取桥梁斜拉索动态位移信息,通过快速傅里叶变换对斜拉索位移信号进行频谱分析,获取斜拉索振动基频后基于振动频率法计算斜拉索索力。实桥试验结果表明:微波干涉雷达测量索力可同时测量多根索的动态信息,测量效率高;自下而上发射雷达波束的方法可有效规避噪声影响;该方法得到的索力与传统加速度计测得的索力相对误差在2.2%以内,测量结果可靠,并具有高效率、易操作的特点,具有很好的应用价值。     

基于均匀设计的组合梁斜拉桥施工控制多参数敏感性分析

为确定影响钢混组合梁斜拉桥结构响应的主要因素及其影响程度,依托某在建钢-混组合梁斜拉桥进行参数敏感性分析。采用MIDAS/Civil建立有限元仿真模型,从试验设计和统计学角度出发引入均匀设计试验、多元线形回归分析并结合统计检验方法,以成桥状态下主梁线形、主塔位移、拉索索力为结构目标响应,选取主塔和主梁混凝土梁弹性模量、斜拉索弹性模量、拉索初张力、桥面板容重、桥面板钢束张拉控制应力等参数进行敏感性分析。结果表明：拉索初张力、桥面板容重和斜拉索弹模为成桥线形、成桥塔偏的敏感参数且拉索初张力的敏感程度远大于其他两个参数,成桥索力的敏感参数为拉索初张力、桥面板容重;引入的方法可准确的获取该桥成桥状态下结构响应的敏感性参数。     

大跨度斜拉拱组合桥极限承载能力分析

以一种新颖钢管混凝土拱桥斜拉钢管混凝土拱组合桥为研究对象,考虑钢管混凝土拱在变形、失稳破坏期间的几何及材料非线性特性,采用统一理论中的钢管混凝土组合构件本构关系及高精度不分层梁单元,对在建的某斜拉钢管混凝土拱组合桥进行了在静力荷载作用下的极限承载力分析,并用钢管混凝土拱模型实验对分析程序及钢管混凝土组合构件建模方法进行了验证,同时分析了斜拉索及斜拉索的初索力对拱桥承载能力的影响.结果表明,斜拉钢管混凝土拱组合桥具有较高的稳定性和极限承载力,斜拉索能够较大提高拱桥的承载能力,斜拉索初张力对稳定承载能力的影响不大.     

斜拉桥索力监测中的振动信号处理方法研究

本文简要介绍了振动法测量斜拉索索力的原理,研究了索力测试中振动信号的处理方法,并对各种方法所能达到的测量精度进行了分析,该文的结论对于快速准确的得到斜拉索的索力值具有一定的指导意义。     

部分斜拉桥的索鞍设计

介绍部分斜拉桥的拉索设计,重点阐述部分斜拉桥区别于斜拉桥的重要部分-索鞍的构造,并以平顶山市开发路一桥(以下简称开发一桥)为例说明其设计思路,为部分斜拉桥设计提供参考。     

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.     

用索梁活载比界定矮塔斜拉桥的方法

针对斜拉桥和矮塔斜拉桥的特点,研究了均布荷载作用下索梁的荷载响应,提出索梁活载比概念,并推导出计算公式,比较了该公式和有限元计算结果.结合国内已建斜拉桥和矮塔斜拉桥,提出按索梁活载比来界定斜拉桥和矮塔斜拉桥.研究表明,索梁活载响应能表征结构特性,对于研究其力学行为很有意义.