预应力筋偏差对波形钢腹板箱梁桥的受力影响

为研究预应力筋施工偏差对波形钢腹板箱梁桥受力性能影响,以有限元软件Midas为工具,仿真模拟一座三跨波形钢腹板预应力混凝土组合连续箱梁桥悬臂浇筑施工,分析体内预应力筋竖向偏位和张拉误差对桥梁结构变形、应力及稳定性影响规律。结果表明:预应力张拉误差对波形钢腹板箱梁桥受力性能影响比预应力筋竖向偏位影响大。最大悬臂阶段和成桥阶段下主梁变形量随着预应力张拉误差的增大而增加,而钢腹板剪应力和结构稳定安全系数均无明显变化。预应力筋竖向偏位对最大悬臂阶段和成桥阶段下波形钢腹板箱梁桥受力性能影响均很小。

Finite Element Model Updating of Bridge Structures Based on Sensitivity Analysis and Optimization Algorithm

The dynamic characteristics of bridge structures, such as the natural frequencies, mode shapes and model damping ratio, are the basis of structural dynamic computation, seismic analysis, vibration control and structural health condition monitoring. In this paper, a three-dimensional finite-element model is established for a highway bridge over a railway on No.312 National Highway and the ambient test is carried out in site, the dynamic characteristics of the bridge are studied using the finite-element analysis and ambient vibration measurements. Comparison between the theoretical and experimental results shows that the frequency differences of the modes range between 0.44% and 8.77%. If the measurement is more reliable, the finite element model updating is necessary. Thus, a set of design variables is selected based on sensitivity analysis, then the finite element model of the bridge is updated based on optimization algorithm. The results of model updating show that the proposed updating method in this paper is more simple and effective, the updated finite element model can reflect the dynamic characteristics of the bridge better, the analytical results can provide the theoretical basis for damage identification and health condition monitoring of the bridge.

基于改进布谷鸟搜索的Benchmark框架损伤识别

工程优化问题中,布谷鸟搜索存在收敛精度不高、收敛速度较慢等弊端,从发现概率和随机步长两方面对布谷鸟搜索进行改进,并成功进行了实验室结构的损伤识别。对基本布谷鸟搜索进行了改进,发现概率自适应调整,步长自适应变化。基于MATLAB建立了英属哥伦比亚大学实验室ASCE Benchmark框架的3维有限元模型,并提取了6种损伤工况的实测频率和振型。基于频率因子和振型因子建立了目标函数,分别采用基本布谷鸟搜索和改进布谷鸟搜索进行了损伤识别,结果表明,改进的布谷鸟搜索能够更好地识别结构的损伤位置和损伤程度。研究成果具有一定理论研究意义和较高的工程应用价值,可应用于实际工程的损伤识别和健康监测。

基于模态参数的结构损伤识别应用综述

通过对损伤识别领域常用的模态参数如频率、振型、模态曲率、模态应变能、里兹向量及阻尼比进行了分析比较,总结了各参数的优缺点;其次对损伤识别相关算法如模式识别及智能算法工具进行了介绍,概括了两类工具的应用现状。随后针对损伤识别过程中存在的环境因素干扰(包括温度变化影响及外界振动噪声)进行了讨论,论述了环境因素对损伤识别的负面影响。最后,从6个方面,即传感器技术、有限元模型构建、损伤指标、数据处理工具、在线结构健康监测系统开发、以及健康监测标准,对基于模态参数的损伤识别未来的发展趋势进行了预测。

基于振动监测的工字钢梁温度-频率关系模型

为了区分温度和损伤导致的结构动力特性变化,避免健康监测系统误报警,建立了工字钢梁的温度-频率的关系模型。首先,进行了长达1 a的振动监测,得到了180组温度作用下的频率,发现温度升高时,频率逐渐降低。然后,建立了简单线性回归(SLR)模型,前4阶温度与频率线性相关系数为0.8343,0.8226,0.8088和0.8559,相关性较高。随后,建立了自回归各态历经(ARX)模型,对比了SLR模型和ARX模型的均方根误差(RMSE),发现ARX模型的前4阶频率RMSE值为0.0119,0.1636,0.1833和0.2041,而SLR模型的前4阶频率RMSE值为0.1253,0.4761,0.5086和0.5562,ARX模型能更好地量化温度与频率的关系。最后建立了ARX模型的95%置信区间,根据频率变化是否超过置信区间可判断结构是否有损伤。

桥梁伸缩装置锚固区混杂纤维混凝土力学性能及抗冻性试验研究

为了延长桥梁伸缩装置锚固区混凝土的使用寿命,减少维修次数,本文通过试验研究了混杂纤维混凝土早期力学性能及抗冻性。首先分析了混杂纤维混凝土的混杂机理;随后制作了38组混杂纤维混凝土试件,试验中2种纤维按照不同的体积掺量掺入混凝土中,并进行了抗压强度、抗折强度和抗冻性试验;最后,计算了混杂效应,确定了最优的纤维体积掺量。结果表明:钢纤维体积掺量为1.5%与聚乙烯醇纤维体积掺量为0.12%时,混杂纤维混凝土表现出较好的效果,1 d和3 d立方体抗压强度提高了30.9%和31.7%,1 d和3 d抗折强度提高了81.4%和65.5%,50次冻融循环后强度损失率为2.5%,质量损失率为0.6%。本文的研究结果可用于公路桥梁伸缩装置新建工程和维修更换中,有较强的工程应用价值。

基于卷积神经网络和交叉模型交叉模态方法的钢框架两阶段损伤识别研究

在结构损伤识别领域中,交叉模型交叉模态方法(CMCM)在求解含噪声的损伤识别问题时,受到系数矩阵不稳定的影响,往往导致损伤识别结果的精度下降。为了解决这一问题,提出了一种两阶段的损伤识别方法,旨在减少CMCM方法系数矩阵的冗余方程,提高CMCM方法的计算性能和噪声鲁棒性。首先,在第一阶段,通过卷积神经网络(CNN)进行结构损伤定位,以消除CMCM方法系数矩阵的冗余方程。其次,在第二阶段,求解已缩减的CMCM系数矩阵方程,得到更准确的损伤识别结果。通过数值和试验研究,验证了所提出的两阶段损伤识别方法的有效性,与传统的CMCM方法相比,所提方法在求解含噪声的损伤识别问题时,显著提高了损伤识别精度。

薄壁曲线箱梁剪滞翘曲位移模式研究

为了寻找精度较高的剪力滞翘曲位移模式,分别假设曲线箱梁剪力滞翘曲位移函数按抛物线系列、余弦函数、指数函数、悬链线分布,综合运用能量变分法和Hamilton原理推导出曲线箱梁在各种剪力滞翘位移模式下的振动控制微分方程,通过假设位移场函数,由Galerkin法对曲线箱梁1阶竖向弯曲振动基频进行了求解,并获得了显示解.数值分析算例的结果表明:剪力滞翘曲位移模式对自振频率影响较小,箱梁翼板剪力滞翘曲位移函数选用2次抛物线和悬链线精度较高,能够较好地反映曲线箱梁空间受力性能;理论计算值与ANSYS板壳单元数值结果相比较,误差仅为0.57%,吻合良好,验证了理论推导的正确性与可靠性.

基于改进MH算法的结构损伤识别

将粒子群算法(PSO)中的粒子位置更新方式与自适应方法融入到标准梅特罗波利斯-黑斯廷斯算法(MH)中,得到了一种自适应PSO-MH算法,用以求解贝叶斯损伤识别中的后验概率密度函数.首先,以粒子位置更新公式代替建议分布更新马尔科夫链的候选样本值,构建出自适应PSO-MH算法的采样流程;然后,采用一个横梁数值算例来对比该算法与标准MH算法之间的采样效果差异;最后,通过洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANL)的一个八自由度结构试验验证了该算法的有效性.通过分析数值算例与试验实例的结果得出:自适应PSO-MH算法的损伤识别精度高于标准MH算法,且生成的马尔科夫链的统计效果优于标准MH算法,同时该算法生成的马尔科夫链的自相关函数(ACF)值呈现出截尾,表明马尔科夫链的连续样本间相关性低,计算时间更少,收敛速度更快.