斜拉索表观病害图像智能识别综述

斜拉索是斜拉桥的主要承重构件之一,其外层护套病害容易渗透影响索内钢丝健康,采用视频图像法智能识别出拉索表观病害意义重大.从传统图像检测和深度学习两方面系统地综述了基于图像识别的斜拉索表观损伤识别方法,以及各个方法的基本原理和应用效果,对目前的检测实例进行深入分析;介绍一些前沿深度学习方法,为拉索表观检测提供参考;归纳各类方法的主要特点,对目前检测中存在的问题进行了探讨和展望.以深度学习模型为主的图像识别方法具有较好的识别准确率和算法鲁棒性、较强的学习能力和适应性,综合图像缺陷识别效果最优,但仍存在检测精度和速度难平衡、图像数据需求大和标注成本高等难点.为此,可以采取提高图像质量、构建更多半监督和无监督相关的深度学习模型、提升检测模型学习能力等手段改善检测方法.

超大跨劲性骨架拱桥缩尺模型试验方案设计研究

为对超大跨劲性骨架拱桥缩尺模型试验方案进行合理设计,以计算跨径600 m的劲性骨架拱桥——天峨龙滩特大桥为背景,围绕模型缩尺比、结构设计、材料及加载系统等关键环节,开展主拱圈缩尺模型试验方案设计研究。最终确定模型拱缩尺比为1∶10,劲性钢骨架采用单肋形式,采用与实桥主拱圈性能相近、便于施工的材料,采用阵列式滑轮组加载系统实现模型拱和实桥主拱圈的应力等效,还原外包混凝土分环分段浇筑施工,并简化劲性钢骨架与管内混凝土施工。将模型拱外包混凝土应力实测值、ANSYS建模计算得到的模型拱理论值及实桥主拱圈理论值进行对比,结果表明:模型拱和实桥主拱圈外包混凝土在施工阶段的应力变化趋势基本相同,最大绝对误差在2 MPa以内,模型拱应力实测值和理论值也吻合较好,缩尺模型试验方案设计合理。

钢-UHPC结合段PBL连接件和钢梁端面承压联合作用研究

钢-混结合段作为钢梁和混凝土连接为整体的核心部件,传力构件的受力性能对钢-混凝土结合段至关重要。为提高结合段的力学性能,进行了仅有钢梁端面承压、PBL连接件和两者联合作用3组推出试验。结果表明:3组试件最终破坏裂缝分布均为钢梁端面侧“八”字形分布;钢梁端面组(D组)试件破坏模式主要为UHPC的开裂破坏而失效,PBL连接件组(P组)和联合作用组(PD组)试件主要是贯穿钢筋的剪切破坏而失效;3组试件的荷载-滑移曲线均包含弹性、裂缝开展和屈服3个阶段,由于贯穿钢筋和UHPC榫具有抑制裂缝开展和提高试件延性的作用,P组和PD组试件裂缝开展阶段较D组更短,屈服阶段更长,延性更好。对荷载-滑移曲线进行拟合,提出了钢梁端面承压和PBL连接件承载力随滑移量变化的计算公式。引入滞后滑移差Δs_(j),当Δs_(j)=0~0.67 mm时,联合作用计算结果偏于安全。计算得到钢梁端面承压传力比例约为43%,PBL连接件传力比例约为57%,两者传力效果基本相当。利用UHPC作为外包混凝土时,建议采用承载能力更高的贯穿钢筋,以充分发挥UHPC的高强性能,从而提高结合段的承载能力。

不均匀温度场下钢管混凝土拱桥管内混凝土脱空分析

为了解不均匀温度场作用下钢管混凝土拱桥管内混凝土脱空原因,依托高原山区某跨径430 m的钢管混凝土拱桥,进行强辐射、大温差联合作用下拱肋拱顶节段足尺模型试验,分析模型温度场分布,并对该不均匀温度场作用下管内混凝土脱空机理进行研究。结果表明:钢管混凝土拱桥水化阶段和运营阶段径向温度场可简化为多段式折线变化规律。14:00时刻,水化阶段温度沿竖直径向(从向阳侧至背阳侧)先减小后升高再减小,在距向阳侧界面D/8~3D/8处(D为钢管内径)存在一个大温差面,运营阶段温度沿竖直径向(从向阳侧至背阳侧)呈先减小后不变再增加的非对称分布规律,从钢管混凝土界面至距其D/8处温度变化大。混凝土水化阶段和运营阶段管内混凝土脱空机理为:在温度场作用下钢管混凝土界面最大纵向应力差分别高达82.6 MPa和61.95 MPa,最大界面径向拉应力分别为0.8 MPa和2.06 MPa,均超过钢管和混凝土间的粘结强度。

基于自发漏磁效应的钢丝束多点断丝损伤检测研究

斜拉索的完整性对斜拉桥的服役安全至关重要。针对斜拉索突出的断丝损伤问题,本工作利用37根钢丝排列组成平行钢丝束模拟拉索试件,设置了不同工况模拟拉索的断丝状态,分析漏磁信号曲线变化特征并构建了特征指标(B_(sd))以定量评估拉索的断丝损伤程度。结果表明:不同断丝率下磁感应强度法向分量(B_(z))曲线两极值间水平间距与断丝宽度呈良好的线性正相关,且极值间距的变化对断丝率的影响不敏感;磁感应强度切向分量(B_(x))、B_(z)值在相同断丝宽度、不同断丝率条件下的增量比在相同断丝率、不同断丝宽度条件下的增量大,说明漏磁信号受断丝率的影响更大;采用二次多项式可以较好地拟合断丝宽度、断丝率与特征指标之间的相关性,不同影响因素与指标的拟合优度均大于0.95;随断丝宽度和断丝率的增加,拟合曲线与曲面的斜率都逐渐减小;通过特征指标在不同影响因素下的增量分析,验证了断丝率对漏磁信号的影响大于断丝宽度。

融合密集卷积网络和注意力机制的拱桥损伤识别

针对传统深度学习方法缺乏对网络特征的差异化利用且损伤识别精度易受环境因素影响的问题,提出了一种融合密集卷积网络(DenseNet121)和混合注意力机制(convolutional block attention module,CBAM)的拱桥损伤识别方法。首先,获取拱桥加速度响应数据,利用连续小波变换将其转换成时频图,形成拱桥损伤识别数据集;其次,将CBAM嵌入DenseNet121模型,加强断层特征的传播和特征的差异化利用,经训练得到拱桥损伤识别模型;然后,基于测试集评估损伤识别模型的性能,引入t分布随机邻域嵌入非线性降维技术对特征进行可视化分析;最后,通过数值案例验证了该方法的可行性和鲁棒性,并应用于劲性骨架拱肋的损伤识别。结果表明:所提方法可增强有用信息的权重,实现网络特征的差异化利用;与传统方法相比,该方法在单损伤和多损伤识别中准确率分别达到了91.67%和92.78%,准确率更高,且具有较强的鲁棒性和实用价值。

基于改进蜣螂优化算法的Bouc-Wen模型参数识别

为提升Bouc-Wen模型参数识别的鲁棒性及精度,提出了一种基于改进蜣螂优化算法(improved dung beetle optimizer,IDBO)的参数识别方法.首先,通过3种不同的策略对蜣螂优化算法进行改进,提高算法的全局寻优能力和局部探索能力;其次,通过合理限制参数的取值范围,采取较少的迭代次数即可得到各参数的最优解;最后,通过数值算例对屈曲约束支撑(BRB)的Bouc-Wen模型进行参数识别,验证所提方法的有效性和鲁棒性,并进一步开展BRB拟静力加载试验验证该方法的实用性.结果表明:该方法即使在20%噪声污染情况下仍能较好地重构出真实曲线,识别出参数的最大相对误差仅为4.86%;与蜣螂优化算法(DBO)、灰狼优化算法(GWO)、哈里斯鹰优化算法(HHO)、鲸鱼优化算法(WOA)和减法平均优化算法(SABO)相比,所提方法精度显著提升,均方根误差(RMSE)均值分别提高了30.68%、8.03%、43.26%、52.63%和49.25%.该方法可用于结构滞回模型识别和结构非线性行为模拟.

基于TVFEMD-IMF能量熵增量的桥梁监测数据降噪方法

针对桥梁监测数据受多重噪声干扰、影响结构真实响应获取的问题,提出了一种基于时变滤波经验模态分解(time-varying filtering empirical mode decomposition,简称TVFEMD)和本征模函数(intrinsic mode function,简称IMF)能量熵增量的桥梁监测数据降噪方法。首先,利用TVFEMD分解桥梁原始监测数据,得到多个子序列;其次,采用IMF能量熵增量确定多个子序列中的有效子序列;然后,划分子序列中的结构响应分量和噪声分量,对结构响应分量重组实现监测数据降噪;最后,利用平均绝对误差(mean absolute error,简称MAE)、均方根误差(root mean squared error,简称RMSE)和信噪比(signal-noise ratio,简称SNR)对不同方法的降噪效果进行评价。仿真算例和工程实例结果表明:TVFEMD相比经验模态分解(empirical mode decomposition,简称EMD),有效解决了模态混叠问题;TVFEMD结合IMF能量熵增量方法,有效抑制了多重噪声影响,对结果精度有较大提升;与EMD-IMF能量熵增量和Kalman滤波降噪法相比,TVFEMD-IMF能量熵增量法所得到降噪信号的MAE和RMSE值分别提升了23%和21%以上,降噪效果更好,信噪比提升38%以上,抗噪性能更佳。

截面转换加固T梁桥技术的试验研究

在完成4片模型试验梁的制作、加固前后测试的基础上,对比分析了钢筋混凝土T型梁作加固增强处治截面转换成箱型梁前后的应变、挠度、剪力滞后效应、抗扭刚度和极限承载力指标。试验证明,T型梁截面转换成箱型梁后,新增设的钢筋混凝土底板能与原T梁协调变形、共同承担活载。该加固增强技术可有效提高T型梁桥的承载能力,广泛应用于实践。

复合主拱圈加固石拱桥力学性态分析

从复合主拱圈加固石拱桥加固前后力学性态的角度,结合具体的实际加固工程,对加固前后主拱圈截面内力进行计算,阐述主拱圈截面强度和整体"强度-稳定"性提高率,验算新旧拱圈结合面抗剪承载力和新增结构对原结构的影响,提出一项基于承载力提高率的加固增强总体效果评价指标,以期对石拱桥加固设计方案比选、加固质量评定有一定的积极指导作用。

基于可靠度理论的桥梁远程智能监测评价体系研究

在阐述国内外研究现状的基础上,介绍了基于可靠度理论的桥梁远程智能监测评价体系的总体方案、荷载效应的计算与分析、桥梁结构抗力与分析,旨在将可靠度理论引入桥梁的实时安全评价中,具有积极的现实意义。

劣化拱轴线大跨石拱桥拱上建筑调载工序研究

在分析附加内力对劣化拱轴线大跨度石拱桥内力影响的基础上,运用影响线加载法对拱上建筑进行分节段分步骤调整,通过Midas/Civil结构软件对调载工序进行验证,提出劣化拱轴线大跨度石拱桥拱上建筑合理调载工序。工程实践应用表明,所提出的劣化拱轴线大跨石拱桥拱上建筑调载工序是合理的、可行的。

相变混凝土的制备与性能研究综述

综述了相变材料的分类及特点、相变材料的定形与封装技术、相变混凝土的配合比设计与性能等3个方面的研究成果,对固-液相变材料的热物理参数、应用现状及多元复合相变体系进行了研究,归纳整理了相变材料的定形与封装技术,重点讨论了多孔基体吸附法,对比分析了相变混凝土的设计原理、力学性能与热物特性变化规律,并对相变混凝土研究方向进行了展望.结果表明:石蜡、脂酸和醇类等3种相变材料更适合于工程建筑环境的应用;相变材料不宜与混凝土集料直接混合;通常采用多孔基体材料吸附液体相变材料来制备相变骨料;相变混凝土的导热系数受相变骨料掺量影响明显,比热容会随掺量增加而提高,强度往往大幅降低.

模糊层次分析方法在石拱桥加固方案优选中的应用研究

在构建评价指标体系的基础上,从构造区间数表达的比较判断矩阵、求解区间数权向量、各层元素对总目标的合成权重、备选方案排序等几方面,阐述了模糊层次分析原理及方法。结合具体的实际加固工程,针对几种实用加固技术,详细介绍了如何运用模糊层次分析方法对石拱桥加固方案进行优选,如何通过数学原理对多种桥梁加固方案进行优选,可望对桥梁加固系统化、规范化、理论化的发展起到一定的促进作用。

递推迭代实测桥梁影响线原理及应用研究

针对桥梁在营运过程中,理论影响线与实际影响线存在偏差的客观情况提出研究。以梁式桥为对象,在基本原理探索的基础上,推导出递推迭代实测桥梁影响线的公式,并阐述了如何应用。文章还进行了采用递推迭代法实测桥梁影响线技术的客观可靠性分析,结合实桥具体介绍了如何应用递推迭代法实测桥梁影响线技术来评定桥梁实际承载力。可靠性检验表明,该技术具有可靠、直观、经济、实用的特点,可望在今后桥梁承载力评定中发挥重要的技术、经济、社会效益。

大型桥梁安全监测评估新技术探索与实践

自然灾害、超载运营、长期服役导致的材料劣化和结构性能退化等多因素耦合影响下,大型桥梁运营安全问题日益突出。利用现代信息传感技术进行桥梁安全监测与评估技术的研究,已成为桥梁研究课题的热点。通过对桥梁海量监测数据的分析,提出了基于结构响应包络、时变可靠性和劣化效应的桥梁安全评估技术;针对桥梁长寿命和传感器短寿命的不匹配问题,提出了基于预埋-表贴传感器"接力"的监测模式,构建了桥梁从建设期到营运期的全寿命安全监测技术体系;自主研制了实用性强的系列桥梁监测装置。提出的大型桥梁安全监测评估技术与装置已应用于诸多工程实践,验证了其有效性与实用性。

混凝土内锈蚀钢筋的漏磁信号分析

将漏磁检测技术应用于混凝土内部钢筋的锈蚀检测中,以磁偶极子模型为理论依据,在对锈蚀钢筋进行数值模拟的基础上,完成了对10个试件的加速锈蚀、磁信号采集及分析.提出了基于磁偶极子模型的钢筋锈蚀损伤漏磁场空间分布计算理论,计算了锈蚀钢筋的漏磁场的空间分布,分析得到沿试件纵向的磁感应强度B_x-x曲线图和磁感应强度梯度K_x-x曲线图.数值模拟和试验结果表明:根据磁感应强度B_x-x曲线的峰值可半定量评估钢筋的锈蚀程度,根据磁感应强度梯度K_x-x曲线的零点间距可定量判断钢筋的锈蚀区域,且箍筋及混凝土保护层厚度对于钢筋锈蚀损伤检测的影响较小,可以忽略不计.

基于RSM的连续刚构桥预应力损失不确定性分析

针对现行规范计算得到的预应力损失与工程实际存在偏差的问题,考虑施工因素、材料性能和环境条件的随机性对预应力损失的影响,将响应面法引入到预应力损失的预测中.以某特大跨连续刚构桥为工程背景,选择建设期随机误差较为常见的8个主要结构参数,进行Bucher试验设计,构造不含交叉项的二次多项式响应面模型,将预应力损失与各随机参数之间的复杂隐性关系通过显式函数近似地表达出来;基于逐步回归进行基函数的显著性分析与筛选,运用F检验和修正的决定系数进行响应面模型的显著性和精度检验;同时,采用秩相关系数,分析各参数对预应力损失的敏感性;最后,结合Monte Carlo抽样技术,对预应力损失进行概率意义上的预测,得到一定置信概率下的预应力损失区间.

中空超高性能混凝土短柱轴心受压试验研究

为研究不同壁厚的中空超高性能混凝土(UHPC)短柱在轴向压力下的变形和承载能力,制作4组不同壁厚的中空UHPC短柱试件,进行轴心受压试验,研究壁厚对试件裂缝发展、竖向变形、横向变形及承载力的影响。结果表明:初始裂缝均出现在荷载达到极限承载力的70%后,裂缝随荷载的增加发展不明显,破坏瞬间迅速开展;试件破坏前基本处于弹性阶段,纵向应变随荷载增加线性增大;壁厚较小时,试件存在端部破坏和板壁屈曲的现象;随着壁厚增大,试件的端部破坏和板壁屈曲情况得到改善;试件的宽厚比<5时,承载力试验值和计算值吻合较好,宽厚比≥5时,计算承载力时应考虑0.8的修正系数。

大宽跨比整体简支板桥合理简化计算模式探讨

针对宽跨比较大的整体简支板桥,分析现今常用横向分布计算方法原理的近似与局限。选取3组不同宽跨比桥梁,依不同桥面布载分5种工况建立ANSYS有限元实体模型。分析模型数据与常用横向分布计算方法之间的结果差异,提出了一套适用于整体板桥的内力简化计算模式。