城市轨道桥梁群健康监测系统设计及应用

为防范检测或维养不及时导致的城市轨道交通桥梁运营安全风险,以武汉轨道交通1号线为背景,采用五层次功能架构,设计和建设武汉市轨道交通桥梁健康监测系统管理平台,将1号线30座不同结构形式桥梁纳入平台进行统一的监测和数字化管养。结合桥梁现场环境、设计图纸、相关规范及计算成果,针对性设计了轨道交通桥梁健康监测方案;采用基于早班空载编组列车的快速荷载试验获取校验系数,以评估结构状态。数据分析结果表明:结构静态响应参数主要表现为日周期和长周期温度效应,结构恒载状态未发生明显变化;桥梁的应变、挠度校验系数计算结果验证了桥梁结构状态的长期稳定性。平台可实现桥梁环境特征分析、桥梁结构状态评估、系统可靠性自证等功能,充分发挥了桥梁健康监测系统的应用价值。

基于弧形搭板的桥头跳车处治机理

本文为解决路桥过渡段不均匀沉降引起的桥头跳车问题,首先,建立了一端固定、一端自由的弧形搭板力学分析模型,推导了弧形搭板挠度方程,求解出仅考虑法向地基反力和同时考虑法向、切向地基反力两种情形下的解析解;其次,建立了基于Drucker-Prager土体本构关系的三维有限元模型,对比分析了弧形搭板与传统矩形搭板不均匀沉降;最后,在实际工程中验证了弧形搭板的可行性,将解析解、数值解与工程实测值进行比较。结果表明:弧形搭板挠度从固定端处的0平稳增大至自由端处的最大值,仅考虑法向地基反力和同时考虑法向、切向地基反力两种情形下挠度最大值分别为3.41,3.02 cm。弧形搭板沉降值比矩形搭板更小,最大差值处两者沉降值分别为1.94,3.43 cm。实际工程竣工一年后弧形搭板中部位置沉降仅为3.03 cm,自由端处最大沉降为4.35 cm,对应纵坡变化率为0.54%,符合相应规范要求,弧形搭板可为解决桥头跳车问题提供参考。

基于Kriging模型的钢管混凝土连续梁拱桥有限元模型修正

提出基于Kriging模型的有限元模型修正方法。Kriging模型为据区域内若干信息样品某种特征数据对该区域同类特征未知数作线性无偏、最小方差估计方法,其只用少量样本即可获得较高精度预测结果。用Kriging模型对平面桁架进行有限元模型修正,验证该方法的可行性与准确性;对一连续梁拱桥进行模型修正,并与GA算法、BP神经网络方法模型修正结果比较分析。Kriging模型仅需一定量测量频率信息即可完成模型修正,能避免修正过程中进行有限元模型迭代计算。结果表明,该方法能准确预测有效频率范围(active frequency range)外模态信息,计算效率、精度较高,可用于工程实践。

人群-桥梁耦合振动研究及参数分析

根据交通流和生物力学的研究成果,将人体视为具有质量、刚度、阻尼的两自由度系统,建立了人群过桥时人群-桥梁耦合系统的动力学模型,分析了人群对耦合系统动力特性的影响,研究了不同行走模式时人群-桥梁耦合系统的动力响应和人致振动参数敏感性.结果表明:人群使耦合系统产生了附加振型;人群集度和位置对耦合系统的动力特性影响较大;行走人群对桥梁动力响应的影响主要取决于人群行走的频率是否与结构竖向基频相接近,以及人群行走步调是否相接近;人群集度和行走速度对人群-桥梁耦合系统的动力特性均有不同程度的影响.文中模型避免了计算人群与桥梁的耦合振动时参数取值的任意性.

基于优化BP神经网络的梁结构有限元模型修正

传统的基于灵敏度分析的模型修正方法难以确定合适的待修正设计参数,而大多数不依赖灵敏度分析的模型修正方法往往计算量偏大,计算过程复杂.文中采用参数型模型修正方法,引入基于遗传算法优化的BP神经网络,以结构动力特征向量为输入量,直接得到修正后设计参数.并由该参数得到有限元模型动力特征向量误差,以此误差最小化为目标函数进行迭代求解,确定最终的修正参数.最后以一座3跨连续梁模型进行试验,验证了该方法的准确性与有效性.

基于分子动力学-格林函数法的微凸体接触数值分析

表面接触是摩擦的先决条件,其真实接触面积、压应力大小、空间分布等一直是接触力学关注的核心问题.采用分子动力学-格林函数法(GFMD)模拟粗糙面的接触过程,验证了其在大规模接触分析中的高效及准确性,同时探讨了由微球体组成的粗糙面的接触力学特性,并分析了分子尺度下的结果和传统力学模型计算结果的差异.结果表明,单个微凸体接触结果和分子动力学-格林函数法模拟所得非常接近,误差在5%以内.数值模拟发现,在微凸体高度符合高斯分布的情况下,接触面积和接触力成线性关系;在相同接触面积下,微凸体模型得出的接触力偏高,是上限值.微凸体模型没有考虑微凸体间的相互影响,实际是高估了弹性体的刚度;实际接触过程中微凸体相互影响,微凸体对临域形变影响尤其大,使接触区域更加离散.GFMD模型可以准确计算数十亿量级别分子、原子接触过程中真实接触面积及分布,为后续摩擦、滑移等分析提供可靠的参考.

桥梁转体施工接触面应力分析及优化方法

为了解决桥梁转体施工中大型接触体在高压状态下的接触问题,本文依据接触力学理论,考虑了聚四氟乙烯滑块在接触过程中的受力情况,提出了简化的接触力学模型。针对滑块的现行设计,采用提出的优化方法,并以茂湛铁路跨线桥为例,对其滑块分布进行了优化。相比简化前,简化模型在有限元分析中计算效率提高了近10倍。结果表明:采用优化方法可以节省22%的滑块,本文方法为转体施工的接触界面设计和分析提供了一种有效可行的思路。

基于可靠度指标的桥梁安全评估分级方法

针对目前桥梁结构安全状态评估分级方法主观性强、费用较高的问题,本文采用基于人工神经网络改进响应面法进行结构极限承载力可靠度分析,提出了基于可靠度指标的有效极限承载能力比作为结构安全状况分级指标,以实现桥梁安全状况的定量分析。以一座钢管混凝土拱-连续梁组合体系桥梁为例,计算了钢管混凝土拱、预应力混凝土主梁、吊杆三种构件的极限承载能力可靠度指标,得到的以有效极限承载能力比为指标的结构状态评估结果与规范评定结果误差在5%以内,说明该方法能够有效实现结构安全状况分级评定。

装配式轻质隔墙板的数值分析及优化设计

装配式预制构件优化设计是建筑产品节能、环保、全生命周期价值最大化的基础.为使装配式轻质隔墙板在满足力学性能、保温隔热性能和预制简单等条件下获得最优结构,对新型装配式轻质隔墙板进行了数值分析及优化设计.基于标准化隔墙板,将圆形孔洞调整为椭圆形孔洞,通过数值分析比较了两种隔墙板(圆形截面和椭圆形截面)的受力性能和保温隔热性能.考虑施工和使用过程可能出现的荷载模式,对隔墙板的整体刚度和薄弱点的应力集中效应进行了分析.通过设定热参数,比较了两种隔墙板在密闭空间内的降温时间.结果表明,采用椭圆形孔洞隔墙板不仅自身质量减少5. 6%,孔洞应力集中效应也有一定程度减小,其保温性能比圆形孔洞隔墙板提升了12%.

基于动态测试数据的旧桥系统参数识别

为快速、有效地识别环境激励下钢桁架桥的模态参数,选择应用较为广泛的峰值法和特征系统实现算法2种模态参数识别方法进行研究,并将稳定图与功率谱密度函数相结合的方法用于真假模态的甄别。以一座钢桁架桥为例验证2种识别方法以及真假模态判别方法的有效性,结果表明运用峰值法和特征系统实现算法均可较为快速有效地得到钢桁架桥的模态参数,其中特征系统实现算法的效果更好;稳定图与功率谱密度函数相结合的方法可以弥补峰值法和特征系统实现算法的不足,使振动模态识别的结果更为可靠。

支持向量机回归在桥梁线形RTK测量中的应用

桥梁线形测量是桥梁运营维护过程中的重要安全检测工作,传统测量方式作业效率低,对桥面交通影响大,是已通车的桥梁线形测量急需解决的问题。选择车载全球卫星导航系统(GNSS)的实时动态差分(RTK)测量技术成为桥梁运营维护阶段的首选测量作业方案,然而GNSS RTK测量的精度和可靠性在大型悬索和拉索桥面的复杂观测条件下,极易出现较大的观测误差数据。基于桥面进行多次往返GNSS RTK测量结果,采用支持向量机回归模型对测量结果进行优化建模,最终实现桥梁线形精密测量。基于某700 m长度桥梁的实测GNSS RTK结果和独立的水准测量对比结果显示,在GNSS RTK测量原始结果的整周模糊度固定率约为78.3%,在95%的可靠性条件下,固定解精度约为2.9 cm;采用回归建模方法,同样在95%的可靠性条件下,可将桥梁线形测量精度提升至1.3 cm。由此可认为,提出的支持向量机回归建模方法在桥梁线形测量应用中具有较强的实用性。

基于监测数据的组合梁斜拉桥温度梯度特性及结构性能影响研究

选择了中国、美国、欧洲、英国4本规范对于钢混组合梁温度梯度计算模型进行对比分析,指出欧规与英国在定义钢混组合梁温度梯度计算模式时考虑的因素较为全面。以武汉二七长江大桥健康监测系统2015年温度监测数据为基础,分析得到了二七长江大桥年度最大正温度梯度与最大负温度梯度分布。计算对比了4本规范与实测温度梯度的效应,结果表明英规正温度梯度计算模式结果与实测温度梯度模式结果最为接近;英规负温度梯度计算结果远超正常值,其适用性有待商榷;欧规简化模式与实测负温度梯度模式计算结果较为接近;根据实测温度梯度模式计算结果,中规温度梯度模式温度效应偏于不安全,需要给予修正;根据实测温度梯度与4本规范的对比分析,可为中规温度梯度计算模式的修正提供参考。

基于分布式应变光纤测试的钢管桩抗拔承载能力检测研究

分布式光纤传感系统具有距离长、分辨率高、精度高等优势。将分布式光纤应用于风力电机桩基承载能力测试中,突破了传统桩基承载能力测试仅能得到有限部位离散的应力状况的限制,获得了沿桩长方向连续的荷载应力分布曲线,为研究大直径钢管桩荷载传递机理提供了有利手段。论文结合工程案例,详细介绍了分布式光纤在风力电机桩基承载能力测试中的应用,并进行数据分析。

结构损伤识别的发展与展望

本文对损伤识别做了一个简单的回顾,然后对损伤识别方法进行了分类,说明了损伤识别的发展、改进历程,对一些广泛使用的方法做了一个总结和评估,以及介绍了新技术在损伤识别中的应用等,最后指出了损伤识别的发展趋势和研究方向。

大跨径斜拉桥全寿命一体化监测系统的实施

结构监测是斜拉桥施工控制、荷载试验与运营期管养等工作中结构状态评估的有效技术手段。基于全寿命一体化理念,将顶层设计与分阶段实施相结合,从测点布置、供电方式、采集与传输架构、数据存储、数据预处理及展示等方面阐述监测系统实施关键技术。本文提出了一种基于光纤与无线网桥采集与传输的架构,支持施工期测点的灵活布置、大并发量数据传输以及无缝过渡至运营期监测。利用监测系统可开展关键参数的影响试验,可获得结构评估基准参数。运营期监测重点为环境与荷载作用下的结构状态评估及预警,包括重载货车作用下正交异性桥面系的疲劳评估。依托工程实践表明,全寿命周期监测系统的一体化实施为大桥的全过程结构评估提供了有力支撑。

GPS/BDS-RTK与惯导组合实现大型桥梁垂向线形测量

针对桥梁线性测量应用中,传统地面测量方法存在作业效率低、对桥面交通影响大等问题,该文提出采用GPS和北斗的实时差分动态(RTK)与高精度光纤惯性测量系统(INS)的紧组合解决方案,利用INS辅助RTK在信号失锁的时间内,维持厘米级精度的定位结果输出。结果表明,在地面模拟实验和某大型跨江桥梁的实测中,垂直方向的中误差均优于2 cm。惯性测量系统采用的GPS/BDS-RTK与INS组合方案可满足大型桥梁在垂直方向的厘米级精度的快速线形测量需求,具有较强的工程应用前景。