结构局部损伤诊断的应变模态方法--分析与应用

监测和诊断大型工程结构的健康状况，评估其安全性已成为未来工程的必然要求。基于利用局部反应监测结构局部性能的设想，利用应变模态的局部性特点进行结构的局部损伤诊断。首先由传递函数对应变模态进行贝叶斯区间估计，通过一混凝土框架模型的模态试验，分析应变模态测试的不确定性；然后对混凝土框架柱进行局部加强，考察应变模态界定损伤的能力。结果显示，固有频率的不确定性程度最小，应变模态振型与位移模态振型相比，各测点的变异程度差异较大，而阻尼比受不同类型测试系统影响较大；在高阶应变模态对结构局部损伤发生误判的情况下，一阶应变模态可以界定损伤，准确指示损伤部位。     

跨海大桥主墩桩基钢护筒腐蚀损伤识别

跨海大桥主墩桩基施工过程中采用的钢护筒被保留作为桩基的外层,容易受到海洋环境的腐蚀破坏。提出一种基于插值曲率模态指纹库比对的桩基损伤识别方法,为解决测试数据不完备的问题,采用三次样条函数几何插值得到扩展后的桩基振型,然后在扩展振型的基础上采用中心差分计算得到曲率模态指标。以金塘大桥为工程背景,建立索塔-基础多尺度有限元模型,考虑海水腐蚀造成桩基钢护筒局部损失情况,以损失减薄区域的位置、轴向长度、深度为损伤参数,设置多种损伤工况样本,计算并建立基于插值曲率模态的桩基损伤识别指纹库,最后通过指纹库以外损伤工况与库内样本比对的方式,验证损伤识别效果。研究表明,为保证三次样条函数几何插值得到扩展振型对真实振型的拟合精度,至少需要沿桩基均布6个位移插值点。通过指纹库比对,能够准确识别桩基钢护筒减薄区域的位置与轴向长度。     

某宋代砖塔结构整体损伤识别分析

为研究陕西省蒲城县崇寿寺宋代古塔的动力特性及结构整体损伤,应用动态测试系统对该塔在环境激励下的振动响应进行测试,对测试结果进行时域及频域分析,得到了结构沿水平方向振动的前3阶频率、振型及阻尼比;建立崇寿寺塔的有限元模型计算结构的动力特性,通过调整计算参数,使计算结果与测试结果一致,得到了结构的宏观等效弹性模量,依据该模量通过模态刚度定义损伤判别指标,对崇寿寺塔结构损伤进行评定。结果表明,当结构楼层弹性模量随高度增加逐渐增大时,数值计算各阶频率均与测试结果接近,表明崇寿寺塔结构宏观损伤在首层较为严重。因此,通过对比古塔动力特性测试结果与数值计算结果,可实现对结构整体损伤进行评定。     

基于结构多尺度分析的超大跨斜拉桥损伤定位方法研究

以苏通大桥斜拉桥的扁平钢箱梁结构为分析对象,采用子结构方法,将扁平钢箱梁结构的整体尺度动力特性和细节尺度构件损伤相互衔接,实现了超大跨斜拉桥的多尺度损伤分析。在此基础上,对模态曲率指标和模态应变能指标的损伤识别效果进行了对比分析。结果表明:采用子结构方法可以有效地实现钢箱梁局部构件损伤与整体结构响应的多尺度衔接,从而较真实地研究钢箱梁局部构件损伤对超大跨斜拉桥动力特性的影响;无噪声情况下,模态曲率指标能正确识别所有损伤工况,而模态应变能指标则对部分损伤工况的识别效果较差;模态应变能指标的抗噪声能力总体上优于模态曲率指标。     

斜拉桥破损诊断技术的研究

针对钢筋腐蚀、疲劳、预应力松弛和桥梁整体倾斜或变形所引起的斜拉桥局部破损,以使用了15年的永和斜拉桥为研究对象,对斜拉桥破损诊断技术进行了研究,对该桥的破损位置进行了定位,对其破损程度进行了评价.利用有限元分析和现场振动测试结果,对破损前后的模态参数进行分析,提取了对破损状况较敏感的模态曲率作为斜拉桥破损诊断的参数,并从模态参数中选取部分点的分量,导出了可以指示斜拉桥桥面(主梁)大概损伤位置的损伤指标Id,可用以识别出斜拉桥发生破损的区段及破损程度.研究成果为永和斜拉桥的养护维修方案提供了技术支持.     

基于试验模态分析的原油储罐损伤识别研究

基于试验模态分析的基本原理,对立式拱顶钢制原油储罐模型进行应变模态试验,考察了模态参数对原油储罐模型损伤程度和损伤位置的识别能力。试验分析表明,罐体结构在损伤位置相同的情况下,损伤程度越大,频率的衰减增大,但相对变化率的变化规律不甚明显;位移振型不能给出损伤的位置信息,振型差曲线可以识别出罐体损伤位置;随着模型内充水高度上升,结构频率呈下降趋势,反映了附加质量和附加阻尼的作用;罐内液体存在对损伤位置识别影响不大。     

单元模态应变能法在输电铁塔损伤识别中的应用

输电塔结构在灾害中发生倒塌的现象时有发生,故而对输电塔结构进行健康监测具有重要的实际意义。介绍了单元模态应变损伤指数(EMSDI)在结构损伤识别中的表达式,并将其应用于输电铁塔模型试验中。采用单元形函数代替原有模态曲率计算方法,可有效降低计算单元模态应变能的计算误差,从而增加了识别的准确性。在输电铁塔仿真模拟和试验中,对该识别方法的准确性和可靠性进行了验证。实例表明:单元模态应变损伤指数法能够准确地识别出结构的损伤位置,并可在某种程度上反映出损伤程度,可以应用到实际输电塔结构损伤识别中。     

秦峰塔动力特性试验分析

古塔的动力特性是评价其结构抗震性能和损伤状态的重要指标。本文介绍了秦峰塔动力特性测试的方法、过程及测试结果。为了得到秦峰塔准确的结构动力特性,为古塔的维修及保护提供依据,采用环境激励的方法测试了秦峰塔的动力特性,得到了其前三阶固有频率、振型和阻尼比;然后采用有限元软件ANSYS对秦峰塔建立有限元模型,并进行模态分析。所得计算结果与测试结果相比,误差较小,说明所建立的有限元模型是可靠的,可以为古塔的后续动力响应分析提供理论分析模型,测试结果可供同类古塔的维修加固、抗震鉴定等参考。     

T型梁桥损伤肋梁对承载力的影响及其加固研究

针对辽阳市中华大桥局部结构损伤对其承载力影响的问题,通过现场静力试验和损伤检测,得出了系统的现场数据,将该数据与桥梁破坏前的检测数据进行对比,确定结构的主要损伤为预应力T型主梁连接处的肋梁严重破损.用大型三维有限元软件ANSYS中的生死单元技术模拟破坏肋梁,建立了单跨损伤肋梁有限元数值模型,并将有限元数值分析结果与检测...     

363kV真空断路器支柱绝缘子模态及地震响应谱分析

当地震波的振动频率接近电力设备支柱绝缘子的固有振动频率时,可引发共振现象而导致设备损坏。针对363 kV真空断路器支柱绝缘子建立了有限元模型,对支柱绝缘子进行地震响应谱分析,可为支柱绝缘子结构的设计提供参考。首先对支柱绝缘子进行结构静力学分析,计算支柱绝缘子自身应力分布;其次进行有预应力模态仿真分析,计算出支柱绝缘子1-10阶振型对应的模态频率;最后在计算出各阶模态频率的基础之上,对断路器支柱绝缘子进行了地震响应谱分析,在x +y方向施加EI Centro波加速度频谱,计算出支柱绝缘子的最大应力分布和沿各坐标轴方向的最大形变位移。     

一种Timoshenko裂纹梁的静力挠度分析方法

建立了一种Timoshenko裂纹梁的分析模型并且获得了闭合形式的挠度解析解。首先,在一致梁的理论框架下,通过引入δ函数模拟裂纹导致的局部柔度,建立用广义函数表示的Timoshenko裂纹梁的微分控制方程,进而得到挠度的闭合形式的解答;其次,根据线弹性断裂力学理论,利用转角及挠度突变与局部柔度系数的关系,建立Timoshenko裂纹梁的模型参数与裂纹深度的显式表示;最后,通过对裂纹深度与挠度、转角和曲率间关系的分析,总结了结构响应的损伤敏感性及其特征,并且通过与引入裂纹奇异单元的有限元结果进行比较,验证了本文所建分析模型及求解方法的正确性。研究结果表明,本文所建立的Timoshenko裂纹梁的分析模型,具有较高的计算精度和效率,在结构模型修正和损伤识别中具有良好的应用前景。     

基于柔度指标的系杆拱桥损伤识别与寿命预测

提出了一种柔度曲率差变化率的损伤识别指标,通过试验验证指标的有效性,并应用于系杆拱桥算例损伤识别,进而预测其构件剩余寿命。利用系杆拱桥算例中吊杆、拱肋与横撑的多种损伤工况验证了新指标的有效性与抗噪性,基于所提损伤指标建立损伤评估函数并构造相应曲线,用于精确定量评估损伤程度,并采用损伤评估函数预测构件剩余寿命。结果表明,柔度曲率差变化率可有效用于系杆拱桥损伤评估且噪声鲁棒性好,运用结构不同阶段的有损模态信息构建损伤评估函数的方法可行、合理,所提寿命预测方法考虑了损伤非线性累积,意义明确。建议在使用该方法诊断下承式拱桥吊杆时,宜采用拱肋振型向量构建损伤指标,实桥试验时应将振型传感器置于拱肋处。     

氯盐环境下钢筋混凝土构件锈胀开裂风险概率分析

为了研究时间和空间等不确定因素下钢筋混凝土构件的锈胀开裂损伤,针对氯离子腐蚀环境,将钢筋锈蚀划分为2阶段3个特征时刻,分析了锈蚀初始时间、锈胀开裂时间以及锈胀开裂至界限宽度时间的概率特征,建立了钢筋混凝土构件生命周期内锈蚀损伤的风险概率模型,讨论了锈蚀损伤影响参数的敏感性。结果表明:钢筋锈蚀对其影响因素的敏感程度依次为混凝土保护层、临界氯离子浓度、扩散系数和混凝土表面氯离子浓度;钢筋混凝土构件从发生锈胀开裂到裂缝达到界限宽度的时间很短,界限宽度的取值对锈蚀损伤的影响并不显著。     

深水高桩承台基础损伤分析模型研究∗

深水高桩承台基础结构柔，长期处于深水激流恶劣工作环境中，对其进行准确而有效的损伤分析非常重要。首先对深水高桩承台基础受力变形特征进行分析，找出单桩损伤与弯矩曲率的关系，在Park?Ang的双参数损伤模型基础上建立了适用于深水高桩承台基础损伤曲率模型，并给出5种损伤程度的定量描述；应用美国加州大学伯克利分校的钢筋混凝土试件损伤模型试验结果进行分析和比对，验证了损伤曲率模型的损伤程度划分是符合桩基实际受力变形损伤的，最后通过工程实例的实践应用验证了损伤曲率模型的可行性和工程适用性。