基于图论聚类的随机子空间模态参数自动识别

为提高随机子空间法模态参数识别过程中的自动化程度,减少人为干预,提出了基于图论聚类的桥梁结构模态参数自动识别方法.首先,初步剔除由于数据精度以及噪声等引起的虚假模态;其次,采用图论聚类法,对结构模态结果依次根据基于结构频率和模态保证准则(MAC)指标定义的距离进行聚类,以自动识别出结构的真实模态.随后基于灌河大桥0.5 h的加速度数据,采用所提方法实现了结构模态参数的自动识别,并通过结构的有限元模型对识别结果进行验证.最后,将所提出的方法应用到基于灌河大桥健康监测系统采集的一年加速度数据的模态参数识别过程中,表明了该方法在桥梁结构海量加速度数据的结构模态参数自动识别中是可行的.

基于多尺度模型修正的结合梁斜拉桥损伤识别方法

以灌河大桥为工程背景,提出了基于多尺度有限元模型修正的结合梁斜拉桥损伤识别方法.首先基于现场环境振动试验结果和两阶段响应面方法对初始多尺度模型进行修正,并将修正后模型定为原始未损伤状态;进而,利用多尺度模型修正方法对结构不同部位不同程度的损伤进行识别,并探讨了模态曲率损伤指标和单元模态应变能损伤指标对不同结构尺度损伤的敏感性.分析结果表明:在不考虑噪声干扰情况下,模态曲率和单元模态应变能指标对精细小尺度单元区域主梁微小(1%)损伤均较为敏感,可识别出结构的损伤位置,而对大尺度单元区域的损伤敏感性略低;在考虑噪声干扰情况下,精细小尺度单元区域比大尺度单元区域在损伤识别方面的抗噪性更好,且模态应变能损伤指标的抗噪性略优于模态曲率损伤指标.故而提出的多尺度建模及其损伤识别方法具有应用到实际工程中微损伤识别的潜力,并为大跨结构损伤预后奠定了基础.

基于节点曲率和小波分析的梁式桥多尺度损伤识别

以新沂河大桥为工程背景,提出了一种基于节点曲率和小波分析(NCWA)的梁式桥多尺度损伤识别方法。首先基于结构弯矩-曲率基本关系和结构微损伤对其应力重分布影响很小的假定,结合小波分析的消噪功能,采用奇异值分解(SVD)方法求解节点曲率损伤前后的线形矩阵方程,推导了基于节点曲率的损伤指标,并通过简支梁试验验证了该方法的理论可行性,最后新沂河大桥多尺度数值模型试验和动载试验验证了基于NCWA识别方法的损伤敏感性和抗噪性。结果表明:在不考虑噪声干扰作用下,基于节点曲率的损伤识别方法能较好实现结构不同尺度的损伤识别,但小尺度单元区域的识别效果普遍优于大尺度单元区域;在考虑噪声干扰作用下,基于NCWA的损伤识别方法基本能够实现结构小尺度下的损伤识别,小尺度单元区域的比大尺度单元区域的损伤识别抗噪性更好。提出的基于NCWA的多尺度损伤识别方法具有应用到实际工程健康监测中的潜力,可为梁式结构损伤及安全预后奠定必要的基础。

基于健康监测的桥梁结构损伤预后和安全预后研究进展及挑战

为解决桥梁结构健康监测系统不易对早期损伤识别的问题,首先阐述了基于健康监测的损伤预后和安全预后的基本概念,讨论了损伤预后和安全预后的基本理论框架,包括监测系统、物理模型及预后模型3个部分;其次综述了基于模型预后技术、数据驱动预后技术等的研究进展及应用,最后提出了基于健康监测的桥梁结构损伤预后和安全预后面临的挑战。综合分析表明:基于知识发现、神经网络、统计分析、物理模型及其混合系统等是潜在的有效解决方法;基于多元混合的预后方法将是未来预后技术的主要发展方向之一,损伤及安全预后技术将是克服健康监测技术瓶颈的有效方法之一,可供桥梁结构健康监测、运营养护和维修加固参考。

基于响应面的刚构-连续组合梁桥有限元模型修正

首先对响应面法在有限元模型修正中应用的主要问题,包括实验设计、参数筛选、响应面拟合及参数优化等进行了讨论,进而基于现场动力试验数据对一刚构-连续组合梁桥—靖远黄河大桥的有限元模型进行了修正。选取箱梁和桥墩的弹性模量以及连续墩顶支座及边跨联端支座的横向和竖向刚度为修正参数,采用中心复合设计法进行实验设计、计算样本值,分别构造两个响应面模型,其中一个考虑交互项的影响、一个不考虑交互项的影响,然后以这两个响应面模型代替初始有限元模型分别进行修正。修正结果表明,考虑和不考虑交互项的影响对修正后部分参数的取值有一定的影响,而对频率的修正精度影响不大。两种模型修正后的频率取值均与实测频率较吻合,修正后的模型能准确地反映桥梁的动力特性,可作为后续损伤识别及状态评估的基准模型。

环境激励下基于快速贝叶斯FFT的实桥模态参数识别

近年来,贝叶斯理论逐步应用于工程结构的模态参数识别、有限元模型修正及状态评估等方面。基于快速贝叶斯FFT的模态参数识别方法是针对某一共振频率带的单个模态,通过一个四维的数值优化问题得到模态参数的最佳估计,并通过对数似然函数关于模态参数的二阶导数求得Hessian矩阵,使得基于贝叶斯的参数识别方法可以快速高效地进行。为了评估该方法在实际桥梁结构模态参数识别应用中的可行性及优越性,运用快速贝叶斯FFT方法对环境激励下一刚构-连续组合梁桥的竖向加速度响应进行了分析处理,识别了其模态参数的最佳估计,并根据模态参数的变异系数评估了其后验的不确定性。识别结果与随机子空间识别结果的对比表明,两种方法识别的频率和振型基本吻合,阻尼识别结果的差异仍然较大。

一刚构-连续组合梁桥在环境激励下的模态参数识别

利用环境激励下结构动力响应信号识别结构的模态参数是结构有限元模型修正及状态评估的一个重要环节,但目前为止,要得到非常准确的识别结果仍有一定困难,特别是阻尼参数。首先利用MATLAB语言编制了单输入单输出和单输入多输出两种工况下特征系统实现算法识别结构模态参数的程序,进而基于一刚构-连续组合梁桥在环境激励下的测试数据,运用自编程序识别了该桥的模态频率、模态阻尼比及振型,并将识别结果与商业软件自带的随机子空间识别方法的识别结果进行了对比。结果对比表明,两种方法识别所得的模态频率和振型基本吻合,但模态阻尼比的识别结果仍有明显差异,识别结果的精准性仍无法确认。