超长斜拉索张力振动测量的传递矩阵法

振动法测量拉索张力需要准确描述索力与自振频率的关系,为反映超长斜拉索的真实构形及垂度效应,满足超大跨斜拉桥对测试精度的要求,考虑超长斜拉索垂度、倾角、自重及切向张力沿拉索变化的影响,在静力分析推导出斜拉索静态构形的悬链线方程基础上建立超长斜拉索振动的离散模型,应用多体系统传递矩阵法计算拉索固有频率,通过求解特征方程建立索力与振动频率的关系,提高了超长斜拉索张力的振动测量精度,完善了索力振动测量方法。通过对实际工程的测试结果分析表明,该方法具有准确、实用和易编程的特点,完全能满足工程应用要求。     

斜拉索索力测试及评价方法研究

斜拉桥是利用斜拉索把桥跨结构的恒载和承受的活载传递到塔柱上,斜拉索索力的大小对整个桥梁结构受力的合理性和主梁线形起着决定性的作用,因此对斜拉索的索力进行测试及评价对斜拉桥的安全运营十分必要。基于两端张紧弦模型,明确了基于频率法测试斜拉索索力的基本原理及过程。基于测试到的索力数据,提出了一种采用灰色关联度方法对全桥索力进行评价的方法。最后以一座斜拉桥的索力测试为工程依托,验证了方法的可行性和有效性。     

基于BOTDR的桥梁斜拉索模拟实验研究

针对传统手段监测特大型桥梁斜拉索结构健康存在的技术缺陷,利用分布式光纤传感技术对桥梁斜拉索实现大范围、远距离的空间连续性监测;通过研究特大桥梁斜拉索的力学特性并与光纤传感器相结合,搭建传感光纤-斜拉索索力监测模型,设计并实施斜拉索索力监测模拟实验,实验中逐渐增加砝码,使模型实验中模拟桥梁斜拉索的形变量逐步增大,观察此过程中光纤传感器的布里渊频移变化;对布里渊频移监测实验数据进行整理分析,通过监测光纤传感器中频移变化量来表征斜拉索索力的变化程度,得出应力光纤传感器中布里渊光纤频移与斜拉索拉力曲线呈线性关系,绘制布里渊光纤频移-斜拉索索力拟合曲线,提出布里渊光纤频移-斜拉索索力关系式,为特大桥梁斜拉索的结构安全健康提供了一种新的监测方式。     

超长斜拉索风阻系数及风雨激振的试验研究

结合主跨为1088m的世界最大跨度斜拉桥苏通大桥,对拉索的抗风问题进行了系统的研究。通过横桥向、顺桥向拉索风阻系数的风洞测量试验,得到了光索、螺旋线及压痕凹坑3种表面情况拉索的风阻系数;并模拟人工降雨,在风洞中重现了拉索的风雨激振现象,研究了风速、降雨量、拉索表面情况以及机械阻尼对风雨激振的影响。结果表明,拉索的阻力系数与表面情况、倾角、Re数密切相关,螺旋线、压痕凹坑及机械阻尼均可有效抑制拉索风雨激振现象。本文的试验方法及结果为超长斜拉索抗风研究提供了有益的参考。     

磁流变阻尼器对斜拉索半主动控制的最优参数

采用基于位移和速度方向的半主动控制算法。以全索全时段振动响应的均方根（RMS）评价磁流变（MR）阻尼器对斜拉索的减振效果，研究了MR阻尼器的最优型号与阻尼器安装位置、斜拉索基频（张力、索长、质量）、激励荷载（类型、频率、幅值）等各种因素的关系，为MR阻尼器合理选型提供了优化设计的方法。最优型号主要是与斜拉索基频和MR阻尼器安装位置有关。在引起索基频变化的因素中．索质量对最优型号影响最大；而索长对最优型号影响不大。对于索质量较大、张力较大、MR阻尼器安装位置较低、外界激励较大、频谱特征多变、低频为主时需要较强的MR阻尼器。     

应变模态在斜拉索损伤诊断中的应用

应用应变模态方法对斜拉索的损伤识别进行了研究.通过对斜拉索在不同损伤工况下的数值仿真计算,探讨了应变模态方法用于斜拉索损伤识别的能力.结果表明:利用应变模态差曲线能准确识别斜拉索的损伤位置.并且,应变模态差曲线在斜拉索损伤单元处的跳跃幅值随单元损伤程度的增加而增大.所以,应变模态是对结构进行损伤诊断的较理想的损伤识别指标.     

斜拉索振动被动控制中电/磁流变阻尼器的最优阻尼器能量输入

研究了电／磁流变（ER／MR）阻尼器在恶劣条件下作为被动阻尼器使用时斜拉索的振动问题。对斜拉索和阻尼器的振动特性进行研究，采用Halmiton原理和模型识别技术建立斜拉索-阻尼器的非线性数学模型；采用随机噪声作为激励，通过不断调整阻尼器的能量输入，进行斜拉索-ER／MR阻尼器系统的振动被动控制试验。试验结果表明，存在一个最优的阻尼器能量输入，在该输入下能够有效地抑制斜拉索振动。根据所建立的非线性动力计算模型得到的计算结果与振动控制试验结果吻合良好。考虑到系统的非线性，研究了荷载大小和阻尼器安装位置对最优阻尼器能量输入的影响。研究结果为在恶劣条件下利用ER／MR阻尼器进行斜拉索振动被动控制时的阻尼器设计提供了依据。     

一种拉索套管外形的设计与优化

为了减小斜拉索的振动,延长其使用寿命,提出一种新的斜拉索套管外形。首先,采用空气动力学方法初步设计了一种斜拉索套管外形——仿水滴形;然后,通过对该外形与仿鱼雷外形的计算流体力学(computational fluid dynamics,简称CFD)模拟仿真结果进行分析比较可知,新外形能减小拉索尾部形成漩涡生成的概率,降低斜拉索产生的大幅振动,有效提高斜拉索的稳定性;最后,运用Matlab遗传算法对初始的仿水滴气动外形进行进一步的参数优化,得到优化后的仿水滴外形。优化结果表明,优化后新外形的临界最大压力值、速度值和阻力系数都有一定的减小,可以较好地降低斜拉索的振动。     

无线同步索力测试系统的研究与应用

斜拉索作为斜拉桥结构体系中至关重要的受力构件,长期受桥体自重与桥梁上部多种荷载的作用。因此,测试并分析斜拉索的受力状态对斜拉桥整体的安全评估具有重要意义。基于Zig Bee技术标准研制了桥梁索力测试无线传感系统,提出了改进的延迟测量时间同步算法,完成了时间同步算法的仿真验证,并对大连某斜拉桥进行了多根斜拉索同步测试。结果表明:该无线同步索力测试系统测量索力准确度高,同时具备实时性好、同步精度高、工程布设便捷等特点,在斜拉索健康监测与评估领域中有良好的应用前景。     

斜拉索接头自除湿系统性能实验研究

本文通过对设计的斜拉索接头自动除湿系统机构的除湿性能进行相关的实验研究，并对实验中每次遇到的问题进行分析解决，验证了斜拉索接头自除湿系统机构设计方案的合理性和有效性，达到了改进设计并使斜拉索除湿系统达到实际应用且能批量生产的要求。     

Modal parameter identification of stay cables from output-only measurements

Stay cables are one of the most critical structural components in modern cable-stayed bridges and the cable tension plays an important role in the construction, control and monitoring of cable-stayed bridges. We propose a time domain and a time-frequency domain approaches for modal parameter identification of stay cables using output-only measurements. The time domain approach uses the subspace algorithm which is improved with a new modal coherence indicator. The time-frequency approach uses the wavelet transform of signals which is improved with a new analyzing wavelet. The wavelet transform is applied to the free response of ambient vibration which is obtained using the random decrement technique. Two experiments of stay cables are presented. The first experiment concerns a stay cable in laboratory where the external load is applied through an impact hammer and the vibratory signals are acquired through four accelerometers. The second experiment concerns the Jinma cable-stayed bridge that connects Guangzhou and Zhaoqing in China. It is a single tower, double row cable-stayed bridge supported by 112 stay cables. Ambient vibration of each stay cable is carried out using accelerometers. From output-only measurements, the modal parameters of stay cables are extracted. Once the eigenfrequencies and the damping coefficients are obtained, the cable forces and the Scruton number are derived. In a continuous monitoring and modal analysis process, the tension forces and Scruton numbers could be used to assess the health of stay cables in cable-stayed bridges.     

随机减量法在斜拉桥拉索模态参数识别中的应用

斜拉桥拉索模态参数(固有频率、阻尼比)在索力测试、拉索减振、实时控制等方面起着重要作用。文中利用随机减量技术从岳阳洞庭桥环境激励下拾取的拉索的加速度响应中分离出自由衰减振动加速度响应信号，将获取的加速度响应信号表达为一理论形式，综合运用参数识别、最优估计理论，识别出拉索的模态参数，与理论值吻合良好。本文方法简单，试验容易实施，具有工程实用价值。数字仿真与工程测试结果表明了方法的有效性和可行性。     

桥梁颤振导数识别的一种方法

运用系统识别理论识别桥梁颤振气动导数的过程，可分为复模态识别与模成坐标转换为物理坐标两个阶段。文中着重研究坐标转换算法，该算法建立一个带约束的二次泛函，利用惩罚函数法以一定的搜索方向使二次泛函数取得极小值，并同时求得8个气动导数。数字仿真与实验试验结果表明文中方法有效、可行。     

液压技术在缆索机器人中的应用

研制高速度、大负荷的爬缆机构，是实现斜拉桥缆索维护作业机器人化的关键，对于桥梁安全、美观具有重要意义。针对不同的工况，研制了液压调节装置的缆索机器人方便施工中的装卸、保障施工对缆索不同直径的要求。经过在上海徐浦大桥、南浦大桥上进行了现场试验，结果表明使用具有液压技术的缆索机器人在斜拉索桥上实现安全高效的爬升作业。     

建立斜拉桥基准有限元模型的新方法与实现

在进行斜拉桥监测与检测研究时,为了建立准确而可靠的基准有限元模型,使其索力、位移等趋于监测或检测结果,需进行模型修正工作,但各种模型修正方法多数需要进行迭代运算,不仅计算工作量巨大,而且有时难以实现预期目标。针对这一问题,提出了一种使用Ansys与Matlab软件,利用影响矩阵和优化算法相结合进行模型修正的新方法。该方法不需要迭代,可获得索力、位移等参数,且与实测值相吻合。通过实例对该方法进行了验证,证明了该方法可行并易于实现。     

斜拉桥健康监测信号改进小波相关降噪

为提高斜拉桥健康监测动态信号的降噪效果,针对传统小波相关降噪算法的缺陷,提出一种改进小波相关降噪算法。该算法将各层小波系数的主要能量周期作为相关检测邻域范围,并根据斜拉桥动态响应信号特征设置降噪阈值,最后采用一种全新的信号重构算法,得到降噪后的信号。将该算法与传统小波相关降噪和小波默认阈值降噪算法进行仿真试验比较,结果表明,改进小波相关降噪算法具有较好的降噪效果,能够应用于斜拉桥健康监测动态响应信号的降噪处理。     

基于模型修正的大跨斜拉桥损伤识别方法

首先,根据斜拉桥的结构特点,将主梁等效为弹性地基梁,由此可推知结构损伤而导致的内力重分布只影响损伤部位附近单元,以此作为结构损伤位置的初步判断的依据;然后,由于内力重分布程度与结构损伤前的初始位移成线性关系,可知汽车荷载作用下的索力变化对损伤更为敏感.根据基准有限元模型,采用优化算法,以损伤单元的损伤程度为设计变量,以实测索力变化和理论索力变化之差为目标函数,对有限元模型进行修正,进而实现结构损伤程度的识别;最后,以苏通长江大桥为例,对4种损伤工况进行了分析识别.计算结果表明,根据同一汽车荷载作用下的索力变化,可以有效地识别主梁单元的损伤位置和程度.     

Analysis on acoustic signal characteristics of the fatigue cracks in anchor structure of cable-stayed bridge tower

The full size model fatigue test on the anchor structure of cable-stayed bridge tower was engaged in laboratory. The acoustic emission instrument was used to monitor the fatigue cracks continuously in the fillet of the anchorage, to investigate the acoustic signal characteristics. Through different ways of loading, the periodic variation of acoustic signals, and crack propagation parameters of the acoustic signals are obtained. By continuously monitoring of the acoustic signal of the fatigue cracks, it can be possible to find the location of the fatigue cracks, and the time it generates. According the active changes of the acoustic signals of the fatigue crack via continuous monitoring, the propagation tendency of the crack in the anchor structure of the cable-stayed bridge tower can be predicted. This method provides support for the crack detection and on-line real-time monitoring by acoustic emission.