自激非平稳振动数据驱动的拉索动力性能表征

跨海斜拉桥的拉索在非极端风环境下会产生自激振动,基于现代监测与数据分析技术可即时把握拉索自激振动的数字特征,并以此反映拉索的实时动力性能。根据某跨海大桥主航道斜拉桥拉索振动加速度长期监测数据中的共性特征,提出基于振动加速度时间序列信号上包络线高斯混合模型和频域功率谱的拉索风致自激振动非平稳段自动提取方法。提出基于各自激振动非平稳时间序列进行主导频率识别,并采用带通滤波后的最后1个下降段数据进行阻尼比识别的策略,排除了振动幅值上升段环境风自然激励带入能量对阻尼比识别的干扰。基于各自激振动非平稳段主导频率-阻尼比的识别结果,通过对频率值进行聚类,得到各阶模态对应的模态频率-阻尼比数据簇。根据阻尼比数据的离散、偏态特征提出采用对数正态分布模型的e^(μ)和其累积分布函数的分位值来描述拉索阻尼比统计规律。采用各数据簇的频率质心以及阻尼比概率特征参数作为表征拉索动力性能当前状态的指标。针对背景工程的主要结论包括:桥梁拉索振动加速度信号噪声强、干扰大,在动力特征分析时须排除类似干扰;桥梁拉索的自激振动加速度幅值最高已超过3000 mm/s^(2),振动幅度较大;桥梁拉索的阻尼比平均水平约为0.03%,与设计规范推荐值相比偏低。

苏通大桥斜拉桥伸缩缝位移的长期监测与分析

以苏通大桥斜拉桥347 d的伸缩缝位移为对象,研究苏通大桥斜拉桥伸缩缝服役性能评价方法。首先提出了伸缩缝位移的概率统计分析方法,在此基础上验证了伸缩缝设计性能。其次,提出了伸缩缝位移与温度的相关性分析方法,在此基础上评价了伸缩缝使用性能。分析结果表明:①苏通大桥斜拉桥的伸缩缝位移可以通过2个正态分布函数的加权和来描述其概率分布,温度年变化作用下伸缩缝的极值位移远小于伸缩缝设计位移;②苏通大桥斜拉桥伸缩缝位移与温度具有良好的线性相关性,并且苏通大桥北端的伸缩缝存在性能退化的可能,需要积累更多的数据进行分析。

基于现场监测数据的润扬大桥斜拉桥钢箱梁温度场全寿命模拟方法

扁平钢箱梁在真实环境条件下的温度场及其温度作用效应是大跨钢箱梁桥全寿命性能设计的重要基础。基于润扬大桥斜拉桥结构健康监测系统的监测数据,采用假设检验和最小二乘估计等方法对扁平钢箱梁横截面实测温度和实测温差进行了统计分析,并采用数值逆变换抽样方法和温度样本调整方法建立了扁平钢箱梁温度场全寿命模拟方法。研究结果表明:扁平钢箱梁横截面实测温度服从2个正态分布的加权和,实测温差则服从2个Weibull分布的加权和;模拟生成的扁平钢箱梁横截面温度场的统计特性以及日变化和年变化规律与实测结果吻合较好,可用于润扬大桥斜拉桥钢箱梁的全寿命温度效应分析。

珠江黄埔大桥钢箱梁温度长期监测与分析

基于珠江黄埔大桥结构健康监测系统为期一年的温度监测数据,详细分析了北汊斜拉桥和南汊悬索桥扁平钢箱梁的温度分布特性.采用统计学方法建立了钢箱梁顶板和底板温度以及顶板和底板竖向温差的概率分布模型,确定了具有一定重现期的钢箱梁温度和竖向温差标准值.分析结果表明:钢箱梁横截面温度分布具有对称性,并且顶板与底板之间存在较大的竖向正温差;钢箱梁顶板和底板温度均可以通过2个正态分布函数的加权和来描述其概率分布,顶板和底板竖向正温差则可以通过2个Weibull分布函数的加权和来描述其概率分布.在此基础上分别计算了重现期为50年的钢箱梁温度和竖向正温差标准值.研究结果可为我国温热地区的大跨钢箱梁桥全寿命设计提供参考.

基于小波包能量谱的结构损伤预警方法研究

基于小波包分析推导了结构动力系统在不同分析尺度上的状态方程和观测方程,在此基础上研究了结构动力响应在不同分析尺度上的时-频特性以及系统矩阵和测量噪声在各个分析尺度上的递推性。理论分析证明,采用结构动力响应的小波包能量谱进行结构损伤预警具有较好的损伤敏感性和噪声鲁棒性。根据瞬态激励的特性提出对激励和响应的时域互相关序列进行小波包分解得到小波包能量谱,并在此基础上计算结构损伤预警指标。通过一钢筋混凝土板静力承载力的振动试验分析,对板不同受力阶段的损伤状态进行了判别,并与实际损伤程度进行了比较。

大跨桥梁结构损伤诊断与安全评估的多尺度有限元模拟研究

探讨了以结构损伤诊断与安全评估为目标的大跨桥梁结构多尺度有限元模拟的策略与方案。在有限元模型误差来源分析的基础上,提出了大跨桥梁结构模型误差的分层次修正方法。通过对润扬长江大桥斜拉桥的有限元建模和模型修正过程,提出了大跨斜拉桥结构以损伤诊断与安全评估为目标的多尺度有限元模拟方法。研究表明,大跨桥梁结构的多尺度有限元模拟必须建立在模型误差分析的基础上,并采用模型误差的分层次修正方法才能较好的满足多尺度有限元模拟的技术要求。

润扬大桥斜拉桥结构安全评估的有限元建模与修正

通过对润扬长江公路大桥斜拉桥的有限元建模和模型修正过程,探讨了大跨桥梁结构以损伤预警、损伤识别与安全评估为目标的有限元建模策略.根据斜拉桥桥面系的特点和安全评估的要求,建立并修正了三维精细有限元模型,动力特性分析结果与实测结果的对比证实该有限元模型的正确性和可靠性.探讨了正交异性桥面系的有限元模拟方法,并以损伤预警与损伤识别为目标建立了简化有限元模型.与精细模型的动力特性对比表明,该模型可作为结构损伤预警与损伤识别分析的有限元模型.

基于小波包能量谱的大跨桥梁结构损伤预警指标

基于结构动力响应的小波包能量谱提出了两种结构损伤预警指标:能量比偏差和能量比方差。以润扬长江大桥北汊斜拉桥为研究对象,分析了损伤预警指标在不同损伤位置、损伤程度和测量噪声水平下的预警能力。研究结果表明:与结构自振频率等模态参数相比,能量比偏差和能量比方差可以明显提高大跨桥梁结构损伤预警的敏感性和有效性,并且具有良好的抗噪声干扰能力。能量比偏差和能量比方差可作为大跨桥梁结构损伤预警系统的损伤预警指标。

面向结构损伤预警的小波包能量谱识别参数

对Benchmark钢框架结构试验数据和润扬大桥悬索桥监测数据进行了小波包能量谱损伤预警分析,在此基础上详细考察了不同小波函数和小波包分解层次的损伤预警效果.结果表明:Daubechies小波和Coiflets小波适用于结构损伤预警,并且实际工程中应采用较大的小波函数阶次以获取较好的时域分辨能力和损伤预警能力;小波包分解层次愈大,小波包能量谱的频域分辨能力和损伤预警能力愈强.润扬大桥悬索桥的实测分析表明,随着小波包分解层次的增加,特征频带能量比与温度保持明显的季节相关性,其年变化更为明显.因此,实际工程应用中应尽量选择较大的小波包分解层次.

声发射技术在桥梁结构健康监测中的应用研究进展

声发射技术作为一种被动的、动态的监测手段,在工程和材料领域得到了广泛的应用,正日益受到桥梁结构健康监测研究者的关注。本文回顾了近年来国内外基于声发射技术的桥梁结构健康监测研究状况。首先,简要介绍了声发射的基本原理和声发射信号处理方法;其次,详细分析了声发射技术在桥梁结构健康监测中的研究成果,包括钢筋混凝土桥、钢结构桥、桥梁结构关键构件和无线声发射传感器及其网络等;最后,分析了声发射技术在桥梁结构健康监测领域应用中存在的一些问题,并对声发射技术的应用前景进行了探讨。

基于小波包分析的结构实时损伤报警数值研究

研究了基于小波包分析的结构实时损伤报警技术 .利用小波分析优良的时频局部化特性对结构振动信号进行精细分析 ,从而能实时地实现结构损伤报警 .以简支梁裂缝为例 ,将环境振动信号采用小波包分解后得到小波包能量谱 ,采用基于Monte Carlo方法计算得到的能量谱极值指数和变异指数 2个指标作为简支梁裂缝损伤报警的判据 .该技术不需要对整体结构进行计算分析 ,只需要环境振动信号 .计算机数值模拟表明该技术能较为敏感地发现简支梁的微小损伤 ,从而证实了该技术的可行性 .

环境激励下基于小波包分析的结构损伤预警方法

将环境荷载激励技术与小波包分析相结合,提出对环境激励下的结构动力响应计算虚拟脉冲响应函数并在此基础上计算结构的小波包能量谱及其损伤预警指标,用以表征结构动力系统的损伤状态。通过Benchmark试验模型模拟结构的多种损伤状态,采集模型在环境激励下结构损伤前后的动力响应,计算了结构损伤预警的小波包能量谱及其损伤预警指标。试验结果表明,环境激励下基于小波包能量谱的结构损伤预警指标具有良好的损伤预警能力,可以准确地判定结构初期损伤的发生。

润扬大桥北汊斜拉桥钢箱梁的局部应力测试与分析研究

在大跨斜拉桥扁平钢箱梁应力计算的误差分析基础上,提出了扁平钢箱梁局部应力分析的两体系计算方法。根据扁平钢箱梁的构造特点分别建立整体结构尺度模型和局部构件尺度模型并采用子模型法进行跨尺度模型的衔接。以润扬斜拉桥的扁平钢箱梁为例,计算了车轮荷载作用下的钢箱梁局部应力响应,并与润扬斜拉桥成桥静载试验结果进行了比较,验证了该方法的有效性,并在此基础上系统地总结了大跨斜拉桥扁平钢箱梁在车辆载荷作用下的工作行为与受力性能。

考虑环境因素影响的悬索桥整体状态预警方法

基于长期监测数据并采用主成分分析方法建立了润扬大桥悬索桥实测模态频率的环境条件归一化方法,有效地分离了环境因素变化对模态频率的影响,并在此基础上联合应用欧氏距离判别函数和假设检验方法识别模态频率的异常变化.分析表明,该方法可以识别出悬索桥模态频率0.1%的异常变化,具有较强的损伤敏感性,并且不需要监测环境因素变量,适用于悬索桥结构的在线监测与预警.此外,实测分析表明,悬索桥整体状态预警应选择非线性主成分分析方法并采用高阶模态频率作为监测参数.

高速铁路钢桁拱桥吊杆振动长期监测与分析

以大胜关长江大桥吊杆为研究对象,基于健康监测系统对高速列车通过时钢桁拱桥吊杆的振动速度进行长期监测,通过对振动速度积分的方法来获得大胜关大桥吊杆动位移幅值的长期变化规律.分析结果表明:吊杆横向动位移幅值显著大于纵向动位移幅值,并且两者都可以采用广义极值分布函数描述其概率统计特性;吊杆纵向动位移幅值与主梁横向动位移幅值存在明显的相关性;吊杆横向振动主要由高速列车局部风效应引起,并且横向动位移幅值与环境温度存在明显的相关性.因此,吊杆横向振动分析应考虑局部风场和温度的共同作用,吊杆纵向振动分析应考虑与主梁横向振动的耦合作用.

基于振动测试与小波包分析的结构损伤预警

将结构振动测试技术与小波包分析相结合,提出对振动激励信号与响应信号分别进行小波包分解并在此基础上计算结构的小波包脉冲响应函数及其小波包能量谱,用以表征结构动力系统的损伤状态．通过一钢筋混凝土板静力承载力的振动试验分析,计算该板在不同受力阶段的小波包脉冲响应函数及其小波包能量谱,在此基础上对板不同受力阶段的损伤状态进行了判别．该方法克服了结构动力响应的小波包能量谱不能反映结构损伤状态的缺点,试验表明所采用的方法是可行的．

大跨斜拉桥扁平钢箱梁的多尺度损伤分析研究

以润扬大桥斜拉桥为分析对象,提出了扁平钢箱梁结构的多尺度损伤分析方法。采用子结构方法将钢箱梁结构全尺度动力响应和细节尺度构件损伤相互衔接实现多尺度损伤分析。在此基础上对模态曲率、模态应变能、模态柔度和斜拉索索力指标的损伤识别效果进行了比较研究。分析结果表明:(1)无噪声情况下,除了模态柔度指标不能够正确识别钢箱梁腹板损伤以外,各损伤指标均能正确识别其余所有损伤工况。(2)对大多数情况,柔度指标的抗噪性最好,曲率指标和应变能指标次之,索力指标最差;(3)应变能指标和柔度指标在钢箱梁结构损伤定位上具有一定的互补性。

动载测试与小波分析在桥梁结构损伤诊断中的联合应用

将结构动载测试与小波分析相结合提出了适用于大跨桥梁结构的两阶段损伤诊断方法。采集桥梁结构在损伤前后各测点的动载测试数据并进行小波包分解得到小波包能量谱,在此基础上计算结构损伤预警指标和损伤定位指标,用以确定损伤的发生及其所在的区域。某三跨连续梁桥的数值模拟研究结果表明了本文所采用的损伤诊断方法的可行性与有效性。

大跨桥梁结构损伤预警的基本原理与方法

以润扬长江公路大桥为例,系统阐述了以小波包能量谱为基础的结构损伤预警方法的理论基础和本质特征。研究了以小波包分析为基础的结构动力系统的多尺度分解原理,推导了不同分析尺度上振动结构的状态方程和观测方程,并分析了结构系统矩阵和观测噪声的小波包分解特性,从理论上证明了基于小波包能量谱的结构损伤预警的敏感性和噪声鲁棒性。指出大跨桥梁结构损伤预警的有效性须考虑结构损伤和观测噪声的共同影响,并根据噪声能量的小波包分解特性提出了大跨桥梁结构损伤预警参数的计算方法。

润扬长江大桥结构损伤预警系统的设计与实现

研究了润扬长江大桥结构损伤预警系统的功能、体系结构、数据库和应用软件的设计与实现方法.提出了结构损伤预警系统的两级架构设计和两阶段实现方法,以保证结构损伤预警的实时性和准确性.建议采用Client/Server和扩展Browser/Server两种系统模式相结合的形式将结构健康监测系统与损伤预警系统相互结合,并采用MIMOSA数据库规范进行损伤预警数据库的设计.针对基于扩展Browser/Server模式的损伤预警软件特点,提出分别采用ActiveX技术和ASP技术实现客户端和服务器端应用的软件设计方法,并在此基础上编制了润扬长江大桥结构损伤预警系统软件.