基于小波能量熵的铁路简支钢桁梁桥损伤预警方法

以铁路简支钢桁梁桥为研究对象,将列车荷载简化为移动荷载列,对移动荷载作用下的结构响应进行离散小波变换,计算各层小波能量。利用小波能量熵对信号突变的敏感性,提出一种基于小波能量熵的桥梁损伤预警方法,并应用该方法对某下承式钢桁梁桥各种类型损伤预警工况进行分析,研究损伤程度、损伤位置和测点位置对预警效果的影响规律。结果表明:所提方法可对钢桁梁桥不同位置和程度损伤的出现时刻进行准确预警,具有较强的鲁棒性,且可较为完善地解决边界效应问题;损伤预警效果与损伤程度呈正相关,测点位置与损伤位置距离越近,损伤预警效果越明显。     

基于在线振动响应的桥梁损伤识别方法

选用桥梁单元的刚度下降率作为损伤因子.基于铁路列车-桥梁耦合振动模型,计算桥梁在线振动响应对损伤因子的灵敏度并构建灵敏度矩阵,以结构不同状态下的响应残差为约束条件建立灵敏度方程,用Tikhonov正则化方法求解灵敏度方程得到各单元的损伤因子,实现对桥梁损伤的定位和定量评估.应用该识别方法对简支梁桥和2跨连续梁桥的识别结果表明:该识别方法对测点位置不敏感.可根据梁上任意1个测点的响应准确确定损伤位置及损伤程度;不但能识别桥梁的绝对损伤,而且能识别桥梁的损伤增量,即相对损伤;抗噪能力较强,即使噪声水平达到10%,也能正确识别出5%以上的损伤,但对5%以下小幅损伤可能会有误判.     

小波分析在桥上移动荷载识别中的应用

利用小波分析技术和三次样条函数对测点的位移响应进行曲线拟合,根据拟合结果微分求得速度、加速度响应。利用梁体有限元振动方程结合模态迭加法推导出的移动荷载识别公式进行桥上移动荷载识别。对接触力的识别结果,利用小波分析技术将其在时域内分解为低频、高频部分,发现对轴重和沉浮运动引起的动荷载识别较好,识别的主要误差在于点头运动引起的动荷载。进一步的分析表明,虚假点头运动是引起误差的根源。指出在识别方法中剔除虚假点头运动将是提高识别精度的有效途径。计算机仿真计算表明,该方法具有较好的识别效果。     

变速移动荷载作用下简支梁的动力响应分析

以变速移动荷载模拟车辆变速过桥,建立车轮加弹簧—阻尼器—簧上质量和均布质量2种变速移动荷载下欧拉梁的动力分析模型,并推导其运动控制方程。运用数值分析,研究简支梁在不同上桥初速度和加速度的匀变速移动荷载作用下的动力响应。结果表明:荷载以不同的加速度变速过桥时,桥梁的跨中挠度时程和动力放大系数曲线与匀速过桥时相似;变速移动荷载对桥梁动力响应的影响与荷载上桥初速度、加速度以及桥梁跨度等因素有关;移动车辆荷载使梁发生极大动力响应的上桥初速度出现在若干速度点上,是不连续的;跨中挠度不随移动荷载加速度的变化单调变化;简支梁跨度越大,变速移动荷载对跨中挠度的影响越大。     

基于有限元和数据重构的连续梁移动荷载识别研究

以公路桥梁中常见的连续梁为研究对象,提出了 一种基于有限元和数据重构的移动荷载识别方法.采用有限元方法和Newmark方法编写连续梁在移动荷载作用下动力响应的计算程序,获得桥梁的位移响应;由切比雪夫多项式重构位移响应;由Newmark方法重构桥梁的速度和加速度响应;通过重构的数据采用正则化技术进行移动荷载识别.研究了荷...     

公路桥梁动力放大系数合理值及影响因素研究

移动车辆作用下桥梁荷载效应和动力放大系数同时取最大值的概率很低,重量较轻的单个车辆荷载行驶过桥时即使产生较大的动力放大系数也不具参考性。准确获取反映桥梁结构实际状态的动力特征参数,可指导优化桥梁设计阶段动荷载系数选取,同时还可为桥梁运维阶段策略实施提供数据支撑。提出桥梁动力放大系数合理值(Reasonable Dynamic Amplification Factor,RDAF)的概念并定义其计算方法。通过获取与设计荷载相当的多车辆荷载任意行车工况下桥梁动、静力响应,将一系列多车辆荷载作用下最大动力响应和静力响应之比定义为桥梁RDAF。以简支梁桥为例,从准静态响应趋势、动力响应项、不平顺附加项等角度推导移动车辆荷载作用下桥梁动力响应近似解析解。结合数值算例,计算分析既有桥梁的RDAF,并从荷载等级、行车速度和桥面平顺性等方面进行影响因素研究。研究结果表明:桥梁RDAF主要受桥面平顺性、桥梁限行速度等因素影响;平顺性较好情况下的桥梁RDAF与设计规范规定的动力放大系数值基本一致;平顺性变差时则需通过限速或限载至合理范围来保证动态荷载效应在允许范围内。研究表明桥梁RDAF是桥梁状态的固有特征参数,桥梁结构RDAF反映其实际运营状态,该指标参数可为桥梁限载、限速、路面铺设等管养措施的实施提供指导和参考。     

斜拉桥主梁损伤对车激索力响应的影响研究

以斜拉桥的损伤识别为目的,提出了一种索力比指标,研究了斜拉桥在车辆荷载激励下,主梁发生损伤时斜拉索索力比指标的变化规律。以实验室独塔斜拉桥试验模型为研究对象,基于ANSYS建立其空间板壳有限元模型,以单元刚度的折减模拟主梁损伤,对主梁在不同位置损伤、不同程度损伤两类工况下,车辆荷载激励下斜拉索的索力比指标变化进行了数值仿真。结果表明:车辆荷载激励下,斜拉索的索力比指标与主梁的损伤位置和损伤程度存在一定的对应关系。为后续基于车辆荷载激励下的索力响应指标识别斜拉桥损伤方法的研究提供了重要的参考,具有一定的理论意义。     

基于列车动力响应的铁路桥梁损伤诊断方法

以桥梁单元的刚度下降率作为损伤指数,通过列车—桥梁耦合振动理论计算列车动力响应对桥梁损伤指数的灵敏度,并构建立灵敏度矩阵和建灵敏度方程,利用约束优化方法求解灵敏度方程得到各单元的损伤指数,实现对桥梁损伤的诊断。应用该方法对1座简支梁桥进行损伤诊断的结果表明:该方法对轨道不平顺不敏感;利用列车车体和转向架的加速度、速度和位移响应均能对桥梁进行准确的损伤诊断,但这3种响应信号中的位移响应最难测量,而且相对于转向架而言,在车体上更容易布置传感器,因此建议优先选用车体加速度和速度响应作为桥梁损伤诊断的输入;该方法既能诊断桥梁单一位置的损伤,也能识别桥梁多个位置的损伤。     

移动车辆荷载下的桥梁动态响应分析

针对移动车辆荷载作用下的桥梁强迫振动的问题,借助ANSYS有限元软件,编制APDL命令流对混凝土箱梁进行计算。在模态分析得到桥梁固有频率的基础上,将移动车辆荷载简化为简谐作用力输入,对比分析了车辆速度和车辆振动频率对桥梁振动的影响。     

实测随机行车荷载下结构动力响应在桥梁评定中的应用研究

分析通行桥梁的随机行车车辆荷载特性,研究连续梁桥在随机行车荷载下桥梁动力响应,即振动加速度时程、振动位移时程、应变时程等及其最值与振动幅值。分析动力测点的布置方法以及相应仪器设备的选用。将桥梁动力测试结果用于桥梁性能评定,根据实测动力响应的各类量值来分析桥梁结构的动力受力性能。在性能评定中采用假设检验理论,根据相距一段时间前后2次的测试结果的对比分析用于评判桥梁结构是否发生损伤以及损伤的程度。并以广东佛开高速九江大桥为工程背景,介绍该桥在与之十分邻近且有临时构件连接的国道325九江大桥被船撞垮塌前后的2次动力测试结果,以及动力测试结果在桥梁评定中的具体应用。     

公铁平层宽幅钢箱梁桥面车致局部振动研究

公铁平层布置桥梁由于桥面板较宽，列车引起的桥面板局部振动可能影响公路车辆的响应。本文通过建立桥梁局部板壳单元有限元模型，分析列车荷载通过桥梁时的桥面板响应，讨论列车引起的局部振动在横桥向、纵桥向的分布以及对公路车道的影响。结果表明：列车轨道附近桥面板节点的竖向速度与加速度有显著提升，随着节点位置远离列车轨道，竖向响应迅速衰减；列车荷载作用下竖向响应影响范围约为列车中心线附近5 m的区域；列车通过桥梁时最靠近列车线路的公路车道响应频谱分析中并未观察到桥面板局部振动的高频部分，认为列车引起的局部振动对公路车辆的影响有限。     

基于全息挠曲线的钢桁-混凝土组合梁损伤识别

开展钢桁-混凝土组合梁无损及多种有损工况下的试验研究,对桥梁损伤进行有效识别与判断。首先利用视觉测量装置获取沿跨度范围内不同荷载作用下组合梁的全息挠曲线;然后通过数据重构得到各截面的挠度影响线,构造Hankel矩阵并进行奇异值分解;最后利用奇异值斜率峰值与斜率变化率突变点识别指标进行多种损伤工况的识别判断。结果表明:基于全息挠曲线的损伤识别方法对不同损伤工况的识别结果与试验加载前人为设计的损伤情况大致相同,该方法能有效识别结构的损伤位置与程度。     

简支板桥在车辆荷载谱作用下的动力学分析

由自编程序VLS(Vehicle Load Spectrum)构造随机车辆荷载谱,利用有限元程序将密集运行状态下的随机车辆荷载谱加载于钢筋混凝土简支空心板桥上,模拟桥梁在车辆荷载通过时的动力响应,分析了桥梁不同位置在车辆荷载作用下的反应,得出了位移时间历程曲线和加速度时间历程曲线。分析表明车辆荷载作用下桥梁整体振型复杂,最大位移不完全发生在跨中节点处,危险点存在于跨中一段范围内,且不同板块振动情况差别较大,中间板块由于边缘板块的约束作用而振动较弱。     

桥上移动荷载识别的幂级数曲线拟合法

以振动力学基本理论为基础，讨论变截面梁上的移动荷载识别问题。采用平面梁单元的有限元振动方程及车－桥耦合振动方程进行振动分析。将梁体的有限元振动方程与模态迭加法相结合推导出了根据响应识别移动荷载的基本公式。以最小二乘法为基础，结合幂级数建立了位移、应变、加速度响应分段拟合公式。根据拟合公式可以得到测点响应的幂级数多项式，从而分别求得位移、速度、加速度及应变、应变速度、应变加速度响应曲线，进而求得模态     

列车荷载作用下周围物体的动力响应解

以Duhamel积分为基础,首先应用动力互等定理,得到了移动荷载作用下,半无限大弹性连续介质空间上任意点的动力响应的广义Duhamel积分表达式;然后将列车荷载简化考虑为一系列具有一定间距的集中荷载,采用Floquet变换、Fourier变换等方法,得到了一个集中移动荷载作用下任意拾振点ξ的动力响应在频域和频率 波数域内的表达式,进而由叠加原理得到列车荷载作用下的动力响应解;最后,通过算例说明该算法的适用性。     

大型桥梁健康监测研究进展

回顾桥梁健康监测的发展历程。介绍桥梁健康监测系统的组成、监测内容功能及特点。对信号分析与处理的传统谱分析方法与小波变换、希尔波特黄变换(Hilbert Huang)进行比较。介绍最新的信号时频分析方法希尔波特黄变换的具体算法,及其在结构参数识别、损伤识别、消除实测南京长江大桥应变信号中的对讲机干扰等方面的具体应用。对动力指纹分析法、模型修正与系统识别法、神经网络法、遗传算法5种损伤检测方法的基本原理、特点及发展动态进行概述和总结,指出神经网络技术结合遗传算法是结构损伤检测的发展方向之一。     

移动荷载作用下周期支撑轨道结构振动研究

视轨道结构为轨枕(或扣件)周期支撑的无限长周期结构,利用匀速移动谐振荷载作用下周期结构在频域内响应的性质和叠加原理,将求解匀速移动荷载作用下轨道结构振动响应问题的关键转化到在频域内解1个8元一次方程组。运用给出的解析方法对移动荷载作用下轨道结构的振动研究表明:在中低速单个移动谐振荷载作用下,钢轨位移频谱的峰值出现在荷载频率附近,且随着荷载速度的增加,频谱峰值变小,峰值位置向轨道固有频率靠近;力群的叠加使钢轨位移的频谱分布加宽;随着移动速度的增加,列车轴荷载下钢轨的位移频谱向高频移动;轨道结构有多个临界速度,提高基础的刚度,可以提高轨道的最小临界速度;基础阻尼能明显减缓轨道结构的强振动。     

大跨度多线铁路斜拉桥行车安全性分析

研究目的:列车通过桥梁时,与桥梁的耦合作用会影响桥上列车的行车安全性。大跨度斜拉桥由于自身结构柔度较大,其与列车的耦合作用往往会导致较大的桥梁响应,列车的行驶安全性更加需要予以重视。本文以某大跨度四线铁路斜拉桥为例,采用计算机模拟方法进行车-桥耦合分析,讨论不同列车类型、车速、列车行驶位置及双车交会下的桥梁及列车响应。研究结论:(1)不同速度等级下,桥梁振动响应呈往复变化,当列车施加的激励频率接近桥梁低阶自振频率时,桥梁振动接近峰值;车辆响应随车速增加而增大;(2)车辆类型对桥梁响应影响较大,其中货车C80的各项车辆响应指标更大;(3)车辆运行轨道对桥梁加速度和竖向位移的影响较小,对车辆响应的影响也较小,但对桥梁的横向位移影响较大;(4)双车运行情况下,随着两车入桥差的增加,桥梁的响应有所改善,不同的入桥距离对车辆响应的影响不明显;(5)本研究成果对类似大跨度斜拉桥的设计具有一定的参考价值。     

基于移动荷载过桥的轨道交通桥梁振动研究

应用振型分解法,对移动荷载通过轨道交通桥梁时的动力响应进行理论分析,得出轨道交通车辆过桥时共振和振动相消的公式。当桥梁第一阶竖向自振频率等于车辆速度与车辆长度之比时,会发生共振。为避免桥梁共振,设计时应满足第一阶竖向自振频率大于车辆最大速度与车辆长度的比值。当桥梁第一阶竖向自振频率等于车辆速度与两倍桥梁跨长之比的奇数倍时,轴重在桥上引起的自由振动和轴重离开桥梁后桥梁的自由振动相互抵消,桥梁振动最小。     

基于健康监测的钢桁梁桥结构承载力可靠性评估

桥梁结构健康监测系统能有效监测桥梁结构上的各种作用及结构效应,可为准确评估桥梁结构状态提供信息。以一座钢桁梁桥健康监测数据为基础,研究基于健康监测的钢桥构件承载力可靠性评估方法,分析应变信号的特点,并根据一段时间内的健康监测数据对桥梁结构进行承载力可靠性分析,建立基于随机车辆荷载模型的桥梁承载力可靠性评估方法,探讨温度效应对结构承载力可靠指标的影响。结果表明:由移动车辆振动引起的钢桥构件应变很小,移动车辆荷载产生的静力响应对构件承载力可靠指标起控制作用;随机车辆荷载模型能较好地模拟实际列车通行情况,结合有限元方法,能快速对钢桥构件承载力进行可靠性评估;考虑温度效应后构件承载力可靠指标有所减小,且温差越大,变化越明显。