基于运营环境和提升小波变换的桥梁损伤检测研究

根据损伤桥梁在车辆荷载作用下的动力响应特点,以及提升小波变换对信号突变信息的放大功能,提出了利用桥梁运营荷载作用下加速度响应提升小波变换系数的分布特性对结构损伤进行识别的方法。首先,采集桥梁在行车荷载作用下的加速度响应信号;然后,对加速度响应信号进行提升小波变换,分别利用加速度响应信号、加速度响应信号差,提升小波变换系数空间变化的峰值识别损伤位置;最后,对行车速度、损伤位置、损伤程度和测量噪声对损伤识别效果的影响进行了分析讨论。结果表明:在行车速度8m/s以下、测量噪声不高于5%情况下,利用运营荷载作用下桥梁单点动力响应信号提升小波变换,可以实现桥梁多处损伤的检测和识别。     

基于提升小波变换和统计理论的简支梁桥损伤识别分析∗

为了解决损伤识别中对健康结构响应数据的依赖问题和小损伤难以识别情况,提出基于提升小波变换和统计理论的简支梁桥损伤识别分析方法,通过测得损伤状态下的动态应变响应即可对损伤位置直接判断。首先基于应变响应对结构局部损伤的敏感性,利用提升小波变换分解重构出比原始应变响应更加光滑的低频应变响应;然后根据统计理论,构建出应变方差局部概率(Strain Variance Local Probability,SVLP3)损伤指标进行损伤定位分析。以简支梁桥为研究对象,在数值模拟中讨论了单处、多处损伤、不同车速与荷载、抗噪性以及测点稀疏布置等方面对损伤识别效果的影响;最后通过简支梁桥模型进行了实验验证,结果表明所提方法在简支梁桥损伤识别中简单有效,对微小损伤也能准确识别。     

基于光纤光栅和小波包分析的结构损伤探测

以光纤光栅为传感元件、小波包分析为信号提取工具,获取了智能材料四边简支板损伤前、后的动态应变信号检测方法,并采用耦合神经网络方法对智能材料四边简支板结构进行了损伤识别分析。结果表明,光纤光栅可非常灵敏地检测出智能材料内部的动态应变信号,小波包信号处理方法可获得大量反映结构损伤特征的有效信号;随着损伤孔径的增大,耦合神经网络损伤识别的精度提高,可得到损伤的位置和大小的信息。研究结果在大型工程结构的健康监测中具有重要的潜在应用价值。     

利用压电传感器的仿真混凝土损伤探测研究

提出了一种探测仿真混凝土结构内部损伤的压电波动传感方法,并通过仿真混凝土梁的构件试验对其有效性进行了验证。将压电传感器埋置在仿真混凝土梁中,采用正弦线性扫频激励来驱动特定位置的压电陶瓷传感器,将其他位置的压电传感器作为探头接受弹性波信号,实现对仿真混凝土构件的损伤检测。试验中,分别对完好和不同损伤程度下的仿真混凝土梁进行扫描,通过对接收信号的时域、频域和小波变换分析,识别仿真混凝土梁损伤的出现和发展。结果表明:在仿真混凝土梁中一定传播距离内,信号幅值变化、频率偏移和基于小波包分析的损伤指数对构件的损伤十分敏感,这些数据的变化趋势可以有效地反映构件的损伤程度,可将这类压电传感器用于混凝土坝动力模型试验的损伤监测研究。     

基于多尺度分析的高压输电塔损伤识别数值模拟研究

由于结构整体动态特性对于局部损伤的不敏感性,只有当结构中的损伤严重到显著影响动态特性的程度,才可能造成结构特性参数的明显变化。宏观尺度模型只能识别出构件层次上的损伤,而对于识别结构中的小损伤或者微损伤以及构件连接节点处的损伤则无能为力。建立了高压输电铁塔一致多尺度数值分析模型,对输电铁塔上下曲臂连接节点处构件内部的不同损伤进行了识别。以小波包能量曲率差为损伤因子,利用小波变换技术,建立了高压输电铁塔的智能损伤识别方法,最后利用RBF神经网络对损伤程度给予判定。研究表明,该方法识别效果比较理想。     

大跨桥梁结构损伤预警的基本原理与方法

以润扬长江公路大桥为例,系统阐述了以小波包能量谱为基础的结构损伤预警方法的理论基础和本质特征。研究了以小波包分析为基础的结构动力系统的多尺度分解原理,推导了不同分析尺度上振动结构的状态方程和观测方程,并分析了结构系统矩阵和观测噪声的小波包分解特性,从理论上证明了基于小波包能量谱的结构损伤预警的敏感性和噪声鲁棒性。指出大跨桥梁结构损伤预警的有效性须考虑结构损伤和观测噪声的共同影响,并根据噪声能量的小波包分解特性提出了大跨桥梁结构损伤预警参数的计算方法。     

苏通大桥结构健康状态评估技术研究与应用(2):主梁损伤预警

为了建立"环境因素归一化"的苏通大桥主梁损伤预警方法,本文对苏通大桥主梁240天的小波包能量谱与温度实测数据进行了季节相关性研究。分析结果表明,苏通大桥主梁的小波包能量谱与温度具有明显的季节相关性,其特征频带能量比的日平均值,随着温度的季节变化在一年中可以发生平均约200%的变化。在此基础上,采用6次多项式模型对小波包能量谱—温度进行了统计建模,并采用均值控制图法对特征频带能量比的异常变化进行了统计模式识别。结果表明,运用本文方法可以有效地消除温度的季节变化对斜拉桥实测小波包能量谱的影响,较好地识别出结构损伤引起的特征频带能量比10%的异常变化,适合于苏通大桥主梁的实时在线监测。     

碳纤维桥梁拉索疲劳损伤声发射信号小波分析

碳纤维具有强度高、耐久性好等优点,现已广泛应用于土木工程结构中。用碳纤维材料制作的桥梁高耐久性拉索,已经在多个桥梁中得到应用,但是对这种新型桥梁拉索的损伤监测目前还缺乏有效的手段。本文拟采用声发射技术监测碳纤维桥梁拉索疲劳损伤。首先,通过疲劳试验,得到了拉索整个损伤过程的声发射特征参数,并将声发射特征参数两两组合,研究结果表明:采用计数、能量、持续时间、幅值和时间的相关点图可以来综合表征损伤。其次,基于声发射监测信号特点,考虑用小波变换的奇异性检测来处理声发射信号,分析小波系数的奇异性,采用"节点-幅值"定位检测方法,实现了对拉索的损伤识别。与相关点图相比较,小波分析方法在处理声发射信号时,图形更加清晰,特征更为突出,损伤更易识别,而且还可以利用小波阈值去噪、对声发射信号实行信噪分离、提高信噪比,从而提高损伤识别的准确性。     

基于分布式应变监测的大跨度斜拉桥结构损伤探测

结构损伤具有典型的局部性质,通常表现为局部应变的异常。结构应变的分布式监测与损伤敏感特征分析,是实现大跨桥梁损伤探测与定位的理想途径之一。但是,由于环境噪声的影响,对分布式应变信号的监测往往不能准确反映结构出现的损伤状况。因此,提出了通过小波变换对分布式光纤测试的斜拉桥桥面应变分布进行多尺度分析的方法。这种方法可以克服分布式光纤应变监测信号受观测噪声和空间分辨率平均效应的不利影响,准确地确定空间域信号奇异点在桥面的位置。同时,在实验室建立了比尺为1∶150的模型斜拉桥。通过对斜拉桥数值模型与物理模型试验结果的分析和比较,验证了所提出方法的有效性。     

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。     

泥石流冲击荷载的时频分析方法及应用

泥石流的能量转化主要集中于运动过程中,泥石流冲击压力随时间变化的过程是其能量不断变化的综合表现.本文分析了泥石流能量转化过程及冲击荷载的紊流形态,并根据其脉动特性,将泥石流冲击荷载作为信号进行研究.以大型泥石流模型试验为基础,利用小波时频分析方法将试验测取的泥石流冲击荷载映射为时间与频率的联合信号,得到同一时间9个频段...     

高阻尼混凝土梁板结构动力特性分析

通过提高混凝土材料的阻尼比,有效地改善混凝土结构自身的阻尼性能,从材料的角度出发实现结构高阻尼化已成为一种新的结构振动控制方法。根据结构动力学原理,分析了提高系统阻尼比在结构发生共振时,对降低结构振动响应的有效性;利用有限元软件AN SY S模拟了普通混凝土结构、局部高阻尼混凝土结构以及整体高阻尼混凝土结构的动力响应,主要包括模态分析和谐响应分析,并对3种不同组成材料的结构响应结果进行比较。有限元分析表明:高阻尼混凝土结构的动力特性较普通混凝土结构有了显著的改善,而且当高阻尼混凝土仅用于结构的柱中时,其改善效果与整体结构都与使用高阻尼混凝土的效果比较接近。这对研究结构局部高阻尼化,降低结构在地震等动荷载作用下的响应有参考价值。     

多维地震作用下偏心结构动力反应的Simulink仿真分析

理论研究与震害经验表明,地震时结构会产生不可忽略的平动与扭转耦合的空间振动,因此,对结构进行平—扭耦联反应分析具有重要意义。本文首先建立多维地震动作用下偏心结构的空间力学模型和动力方程,并编制相应的MAT LAB程序,然后将动力方程所代表的动力学系统用控制理论中的状态空间法予以描述,根据其状态方程在SIMULINK环境下建立仿真分析模型,从而求解动力方程。对一双向水平地震作用下的6层偏心框架结构进行平—扭耦联反应数值仿真分析,得出了一些有益的结论。     

考虑流固耦合的桥墩地震反应方法

跨海桥梁地震反应中,作用于桥墩上的动水压力具有明显的流固耦合特征。依据张量理论,推导时变区域散度变换关系及微分形式的几何守恒律;基于任意拉格朗日-欧拉描述,从采用欧拉描述的流体运动Navier-Stokes方程出发,推导时变区域的流体运动控制方程;给出流固耦合问题中的结构计算模型、耦合面接触条件、耦合场计算方法以及流场网格运动控制方法。以某跨海大桥为例说明桥墩地震反应方法,重点突出地震动输入、流场初始条件模拟等问题。计算结果表明:流固耦合理论能够模拟桥梁墩台地震反应中的流场和结构特性;流场初始条件的正确模拟可保证计算稳定性,并减少运算量;横向地震动激励下,桥墩基底剪力较大,纵向地震动激励下,结构运动剧烈;流固耦合系统中的线弹性结构在地震反应中具有明显的非线性特征。     

遗传算法在结构损伤识别中的应用研究

结构损伤识别是结构系统在使用期间进行监测和维护的重要组成部分,而基于动态测试技术的结构损伤识别方法又是近来研究的热点。本文提出了一种基于改进遗传算法的结构损伤识别方法,主要改进包括:浮点编码、基于标准化几何分布排名的选择策略、最优保存策略、算术交叉算子、非均匀变异算子。在常规模态分析的基础上,以节点的残余力向量构造目标函数,提出了一种用于遗传搜索优化的新的目标函数形式。利用遗传算法重点进行了噪声条件下的结构损伤定位和定量研究,并用一平面桁架模型进行了数值模拟。结果表明:提出的方法不仅能够同时进行结构的损伤定位和定量计算,而且抗噪性能很好。最后,对方法应用中存在的一些问题进行了深入分析,给出了一些有益的结论。     

软土地下建筑物的地震响应及动力可靠性分析

在软土室内动力试验和有限元有效应力动力反应分析方法的基础上,引进可靠度理论,提出软土地下建筑物抗震稳定可靠性分析方法,对上海地铁一号线位于砂性土层及粘性土层这两种典型地质条件下的地铁车站及区间隧道的抗震稳定性进行了计算分析。计算中选用国内外6条强震地震记录曲线作为地震输入,计算分析内容包括:隧道、地铁车站、周围土体及注浆材料的动应力、孔隙水压力和震陷;地铁车站和周围土体的动力可靠度。所得结论可为软土地下建筑物抗震设计提供参考依据。     

地震灾害损失预测的动态分析模型

本文提出了一个地震灾害预测的动态分析模型。这个模型基于概率理论基础,考虑了一个城市因建设的发展,新房屋日益增多,部分旧房屋被淘汰,对城市抗震能力引起的变化;和由于经济的发展,社会财富的增加,对地震损失的影响。为解决这—问题,文中提出了动态震害矩阵和动态损失矩阵的求解方法。根据这一方法可以预测未来不同年代的地震经济损失。