大跨桥梁结构以健康监测和状态评估为目标的有限元模拟

通过对桥梁结构健康监测和评估研究现状的简单评述 ,讨论了结构健康监测和状态评估中的关键理论与技术问题 ,介绍了笔者近年来在大型桥梁以健康监测和状态评估为目标的结构模拟方面开展的一系列关键理论和技术问题研究 ;通过对 2个大跨悬索桥———香港的青马大桥和江苏的润扬长江公路大桥的有限元建模和模型修正过程 ,探讨了大跨桥梁结构以健康监测和状态评估为目标的有限元模拟的技术要求、建模方案与策略 .研究表明 :大跨桥梁以结构状态评估为目标的有限元模拟 ,必须是建立于衔接理论基础上的多尺度结构模拟 .在桥梁结构整体动力响应分析确定了关键损伤构件的基础上 ,需进一步建立关键构件的局部模型以分析在桥梁结构全尺度有限元模型中无法模拟的细节行为 ,即发生于焊连接件的局部应力集中和损伤累积行为 .

结构损伤一致多尺度模拟和分析方法

以一个重要的大跨桥梁为工程背景,基于非线性有限元分析软件ABAQUS,研究了大跨结构以损伤分析和状态评估为目标的结构多尺度模拟中的一系列关键理论和技术问题,包括多尺度建模方法和策略、基于子结构方法和基于多点约束衔接方法的多尺度建模过程,结构一致多尺度模型的修正和验证,以及应用多尺度模型进行结构损伤分析的方法与策略.研究结果表明,应用所提出的大跨结构一致多尺度建模方法和策略,能够有效地建立适用于实际大跨桥梁结构损伤分析的多尺度有限元模型,满足不同尺度下结构特性分析和局部损伤演化过程仿真计算的需要.而基于多尺度模型进行的局部疲劳损伤累积的仿真分析结果表明,发生于局部焊接细节的疲劳损伤与结构的局部应力响应之间有较大的耦合作用,在结构的多尺度损伤分析过程中应予考虑才能得到比较准确的寿命评估结果.

大跨斜拉桥基于结构模拟的环境振动测点优化布置

首先运用大型有限元软件ANSYS建立了润扬斜拉桥面向SHM的结构有限元模型,并进行模态分析.然后以模态置信准则(MAC)矩阵的非对角元为目标函数,增加或减少测点自由度使目标函数最小化,从而确定斜拉桥振动测点的最优布点位置.最后,运用现场环境振动测试的数据对根据FEM计算得出的布点方案进行验证.结果表明:由环境振动实测数据得出的测点布置和有限元计算得出的测点布置结果是一致的,说明由有限元分析得出的测点布置是有效的.

悬索结构振动分析的悬链线索元法

本文介绍了由悬链线基本关系构造的悬链线索元刚度矩阵的迭代方法，对于索中张力己知原长未知的情况给出了确定悬索原长的线性搜索算法。文中建立了悬索绕平衡位置振动的动力学方程并通过香港青马大桥主索的分析计算与相应测试结果对比对本文方法作了验证。该方法优于现有的抛物线类索元方法，在悬索结构分析中具有一定的实用价值。

香港青马大桥在交通荷载作用下的疲劳评估

在全桥三维有限元模型基础上 ,进行了车载响应分析 ,得到全桥的动力响应 ,并与实测结果进行了分析对比 ;对疲劳危险部位建立局部有限元模型 ,并进行了局部应力分析。在结构健康安全监测系统实测数据基础上 ,得到应变循环标准块 ,用基于热点应力疲劳评估方法对危险部位进行了疲劳寿命评估。

用时域法和频时域法识别桥面移动车载

基于欧拉梁模型，本文利用时域法和频时域法由桥梁响应识别桥面移动车载并重点讨论了几个主要参数对识别结果的影响。这些参数包括模态数、采样频率、车速、响应测点位置和测点数等。结果表明：车桥试验室模型是成功的，用时域法和频时域法均能得到满意的识别结果，但以时域法实用性更强、精度更高，可以直接用于桥面移动车载识别的现场试验。

基于子结构分析的多重子步模型修正方法

为了解决模型修正过程中修正目标众多和测量信息有限的矛盾,提出了多重子步模型修正方法(MSMUM),先进行误差定位,再实现参数修正,把复杂的模型修正过程分步实现。利用子结构技术,使结构模型在整体上仅包含有限数目的子结构,对各子结构所对应的超级单元的刚度参与系数进行识别来实现误差定位,通过建立测量信息与待修正参数间的代数方程来修正误差定位后子结构内部构件的参数。数值算例表明,建立的模型修正方法有效可靠。利用建立的多重子步模型修正方法对润扬大桥南汊悬索桥桥塔模型进行了修正。

大跨悬索桥箱形钢桁架梁的综合疲劳评定方法研究

根据大跨桥梁钢箱梁各类构件的受力特点建立了确定钢箱梁关键疲劳构件的评价模型,提出了基于结构有限元分析、应变监测信息、构件分级系统和桥梁结构人工检测等多方面信息综合评定关键疲劳构件的方法。以某大跨悬索桥钢箱梁结构为例,结合结构有限元数值计算和结构健康监测系统确定的关键钢箱梁截面,针对关键截面上的主要构件分布,利用应变传感器输出信息、结构有限元分析得到的应力分布信息、人工检测信息和桥梁主要构件的危险等级和易损等级信息,结合层次分析法和模糊综合评判理论确定了影响钢桥构件疲劳评定的各因素的权重,用综合隶属度评分法进行关键疲劳构件的等级评定。

移动车载识别的两种解法及其试验验证

大多数移动车载识别方法最终转化为线性方程组 ,其不同的求解方法往往给出不同的识别精度。利用频时域法由桥梁响应识别桥面移动车载 ,重点比较了伪逆解法和奇异值解法的识别结果 ,并讨论了几个主要参数对识别结果的影响。结果表明 ,使用奇异值解法能够明显提高频时域法的识别精度。

大型土木结构的结构行为一致多尺度模拟——模拟方法与策略

针对大型土木结构以结构健康监测和损伤评估为目标的有限元分析的需要,从理论上探讨了复杂土木结构的结构行为一致多尺度模拟的方法和策略,指出对于大型复杂土木结构而言,适合考虑局部细节特性的结构行为多尺度建模的策略是:对于有限个需要重点关注的局部细节采用"小尺度"建模,而结构其他部分采用"大尺度"建模。针对目前大型复杂土木结构的建模都是借助于大型商用有限元软件,而现有软件都无法直接做到结构行为一致多尺度模拟,文中引入有限元方法中的子结构方法,从数学描述上对传统子结构方法加以改进,使之适合解决结构行为一致多尺度模拟问题。

结构行为一致多尺度有限元模型修正及验证

研究面向结构健康监测和损伤评估的含局部细节的结构多尺度有限元模型的修正和验证方法.以实验室的大跨桥梁结构钢箱梁纵向加劲桁架缩尺试样为研究平台,具体讨论了多尺度模型修正和验证的实施过程.首先分析了影响此结构多尺度模型精度的一些因素,如边界约束刚度、焊趾及其附近的几何及材料参数等,然后采用基于灵敏度的方法对多尺度模型进行修正,并通过不同于修正过程的加载工况和不同位置处的实测数据从动力特性和静力响应等多方面对所建的结构多尺度有限元模型进行了验证.结果表明:基于子结构方法建立的结构行为一致多尺度模型是有效的.

具初始裂纹钢桥梁焊接构件疲劳裂纹扩展和疲劳寿命计算

钢桥梁构件因焊接缺陷或者在疲劳应力交互作用下萌生裂纹,钢桥梁构件因存在初始裂纹大大地降低焊接构件的疲劳性能。文中考虑到焊接构件往往会存在初始缺陷,研究了含初始缺陷的桥梁焊接构件的疲劳分析方法。在已有的大量含裂纹构件的疲劳实验工作基础上,结合课题组所做的焊接构件疲劳实验资料,假设初始裂纹焊接构件在疲劳裂纹扩展过程中裂纹形状保持为半椭圆形状;针对桥梁构件实际受力特征,由钢桥梁构件的高周疲劳损伤演化方程入手,考虑初始裂纹条件下裂纹前缘的损伤区的存在及其对裂纹扩展的影响,采用虚拟裂纹扩张方法推导了适用于钢桥梁构件的疲劳裂纹扩展分析的疲劳裂纹扩展率公式,建议了裂纹扩展和疲劳寿命数值计算方法。采用文中的计算方法,研究了已有的钢桥梁结构焊接构件疲劳实验的裂纹扩展过程和疲劳寿命的计算。计算结果表明:裂纹的扩展过程中裂纹的深度和表面半长度之比a/c是一个变化的数值,且在一定的a0/t0条件下,随着a0/c0的增加,循环次数逐渐增大。

基于损伤力学—有限元法的大跨度钢桥梁构件疲劳损伤累积分析

采用损伤力学—有限元全耦合方法分析桥梁焊接构件内的疲劳损伤累积过程,具有明确的物理意义。首先介绍了耦合疲劳损伤分析的基本方法,建立了全耦合疲劳损伤分析的有限元方法过程,并将分析方法和过程嵌入大型通用有限元软件ABAQUS的用户接口里,便于对实际工程结构疲劳损伤累积过程进行分析。采用全耦合疲劳损伤分析方法,对青马大桥关键焊接构件进行疲劳损伤累积分析,结果表明:关键焊接构件疲劳损伤的累积过程具有局部性;疲劳损伤场与应力场之间存在着相互作用;广泛采用的线性米勒准则用于疲劳寿命评估是偏于安全的。这种偏于安全的误差,用于结构的疲劳设计是合适的,但对于在役结构疲劳损伤累积的准确评估却是不利的。该方法为桥梁结构基于有限元热点应力分析和损伤力学理论进行局部疲劳损伤累积的准确评估提供了可行的方法和理论基础。

RHCE mRNA剪接体PCR检测方法的建立

目的建立RHCE mRNA剪接体PCR检测方法,并评价方法的可行性。方法以RHCE mRNA剪接位点设计引物,提取30例随机选择的非血缘关系血液样本中的mRNA,逆转录为c DNA,并以c DNA为模板进行PCR扩增,对扩增产物进行琼脂糖凝胶电泳检测,最后通过基因测序技术对RHCE mRNA各剪接体进行序列分析。结果PCR扩增产物在2%琼脂糖凝胶中可显示出清晰的特异性条带,基因测序分析结果显示出不同剪接体的剪接位点。结论本研究建立的方法可对RHCE mRNA剪接体进行半定量检测,具有较强的可行性,为RHCE基因多态性和抗原表达的研究提供了依据。

健康产妇经阴道分娩后血栓弹力图参考范围研究

目的对健康产妇经阴道分娩后进行血栓弹力图(TEG)检测,建立参考范围,并与厂家提供的参考范围进行比较验证,分析TEG在产后的应用价值。方法2019年4—7月采集48例健康产妇经阴道分娩后d2的外周静脉血2 m L,用于血栓弹力图仪TEG(R、K、Angle、MA、LY30、EPL、CI、G)测定。结果48例健康产妇顺产后各参数平均值分别为R:2.74 min,K:1.18 min,Angle:73.37°,MA:63.47 mm,LY30:1.24%,EPL:1.24%,CI:3.32,G:8.49k d/sc。各参数95%可信区间分别为:R:2.61—2.87 min,K:1.12—1.24 min,Angle:72.50°—74.24°,MA:61.87—65.06mm,LY30:0.62%—1.85%,EPL:0.62%—1.85%,CI:3.06—3.58,G:7.64k—9.33k d/sc。首次顺产组与2次顺产组的各项TEG参数均无统计学差异。但与厂家提供的参考范围比较,产妇经阴道分娩后的R值偏低、Angle偏高、CI偏高。结论血栓弹力图检测可反映凝血因子、纤维蛋白原、血小板的功能及纤溶活性,不同人群所对应的参考范围也不一样。

表达人ABOA1.01等位基因的K562细胞稳定株的构建

目的构建稳定表达人ABO~*A1.01等位基因的K562细胞株。方法在载体GV492(Ubi-MCS-3FLAG-CBh-gcGFP-IRES-puromycin)基础上构建ABO~*A1.01等位基因蛋白质编码区(coding sequence,CDS)全长重组质粒GV492-A,将慢病毒重组载体、2种慢病毒包装载体pHelper1.0和pHelper2.0共转染293T细胞做病毒包装;将重组慢病毒感染人慢性髓细胞白血病K562细胞,用嘌呤霉素筛选得到K562-A稳定株,荧光显微镜下观察K562-A稳定株;qPCR检测K562-A稳定株中ABO等位基因mRNA表达水平;对稳定株中的ABO等位基因测序;用流式细胞术检测稳定株细胞表面A抗原的表达情况。结果重组载体测序结果证实成功构建了ABO~*A1.01等位基因重组表达载体;包装慢病毒的滴度适中:ABO~*A1.01等位基因重组慢病毒为1.5E+9 TU/mL,载体GV492对照慢病毒为5.0E+8 TU/mL,说明重组慢病毒包装成功。重组慢病毒载体感染K562细胞后,得到稳定感染细胞株。K562-A稳定株的qPCR检测显示ABO等位基因的mRNA表达水平明显升高(P<0.01),GFP荧光蛋白阳性率>98%,ABO等位基因测序证实ABO~*A1.01等位基因在细胞内成功转录,流式检测显示细胞表面表达A抗原。结论成功构建表达ABO~*A1.01等位基因的K562-A细胞稳定株,细胞表面表达A抗原。

大跨斜拉桥结构行为一致多尺度有限元模拟

以润扬长江大桥北汊斜拉桥为实际工程背景,分析了同时考虑结构整体和局部细节特性的结构行为一致多尺度模拟方法在具体应用中的实施过程。以结构健康监测和损伤评估为目标,建立斜拉桥整体结构的三维多尺度有限元模型,桥面系采用分级多重子结构方法建立结构行为一致多尺度有限元模型。对建立起来的大跨桥梁结构多尺度有限元模型进行模态分析,并利用成桥试验数据从静力响应、动力特性等方面验证了多尺度模型的有效性。结果表明:建立的多尺度模型是有效的,其计算分析结果和成桥试验值之间的误差较小;分级建立结构行为一致多尺度模型的模拟方法有利于满足在结构健康监测系统设计、结构状态评估和结构损伤检测等各个不同阶段模型分析的需求。