苏通大桥结构健康状态评估技术研究与应用(1):拉索损伤识别

采用改进的RBF神经网络建立了苏通大桥拉索损伤识别方法。2个不同阶固有频率之比是仅与损伤位置有关的结构振动参数,据此定义了用于损伤定位的损伤特征指标,并用其来训练神经网络;提出了基于R2+准则与Jackknife校验的改进RBF算法,以有效地控制RBF网络的过拟合现象。算例结果表明,所提出的方法可以较好地对苏通大桥斜拉索进行损伤识别。     

损伤状态下变电构架可靠性分析的实用模型

按照结构形式对常见的变电构架进行分类,根据其中受损杆件的不同损伤类型,建立了截面面积损伤率和截面惯性矩损伤率之间的相关关系表达式,并以此来修改损伤杆件的单元刚度矩阵.在随后的结构可靠度分析中,采用响应面法和Monte Carlo法与有限元程序结合,使构件截面几何参数产生大量不同损伤水平的样本,从而得到不同损伤水平下各类变电构架结构的响应及其可靠度指标的变化规律,所得结论可供变电构架的安全监控参考.     

基于压缩感知的EMI信号与神经网络的结构损伤识别研究

针对当前结构健康监测系统中信号数据量过大、所占内存过高所导致的难以传输和储存的问题,提出将压缩感知方法运用于神经网络系统与压电阻抗(Electro-mechanical impedance,简称EMI)技术进行结构的损伤识别。以压缩后的EMI数据代替原始数据来表征原始损伤信号,用离散余弦变换分析了EMI信号的稀疏度,并以高斯随机矩阵作为观测矩阵,满足了压缩感知理论的限制性等距条件。以齿轮结构为例,采用有限元技术构建了EMI模型,得到了不同裂纹深度下的电导(电阻抗的倒数)信号。采用压缩感知方法先对电导信号进行压缩,再进行主成分分析,以降低BP神经网络输入参数的维度。结果表明:使用压缩感知技术之后,数据传输带宽和储存空间只需为原来的44%;将压缩后的电导数据的主成分作为神经网络的输入参数,该系统能够检测到结构裂纹的存在,并能对裂纹的损伤程度进行有效的定量归类。     

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。     

基于风险矩阵和五元减法集对势的区域旱灾风险链式传递诊断评估方法

为进一步处理旱灾风险子系统及其中指标的发展趋势问题，在计算评价样本的指标数联系数、指标值联系数和平均联系数的基础上，引进五元减法集对势判断子系统风险趋势并诊断风险脆弱性因子，建立敏感性-适应性、脆弱性-危险性子系统风险矩阵链式传递得到旱灾风险等级，提出了基于风险矩阵和五元减法集对势的区域旱灾风险链式传递诊断评估方法，并应用于济南市。结果表明:济南市旱灾风险等级自1999-2005年呈逐年降低趋势，干旱趋于改善，其中2002年旱灾风险等级为4级（较强），其危险性子系统风险状态处于反势，其他年份逐年改善且子系统风险状态基本处于均势或同势。用五元减法集对势识别出了影响济南市旱灾风险等级的主要因子有森林覆盖率、城市日用水量、水库调蓄能力、城市水资源协调能力、降雨量，它们是济南市旱灾风险管理工作中需要重点监测或调控的对象。上述风险矩阵和五元减法集对势耦合的旱灾风险链式传递诊断评估方法可为准确判别资源、环境、生态等复杂集对系统所处状态及总体发展趋势提供新的有效途径。     

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。     

基于能量合成法的塔式结构刚度识别研究

在Rayleigh能量法和Southwell's频率合成法的基础上,将结构的振动基频表示为由各变形元和惯性元组成的子系统频率的合成,其中变形元为结构的弯曲变形和剪切变形,惯性元为结构的分布质量和塔顶附加质量。通过选取满足边界条件的挠度函数,建立了底部固定、顶端带有附加质量的塔式结构基频与刚度的关系,因此可通过测量结构的振动基频识别出塔式结构的抗弯刚度和抗剪刚度。以某钢塔为计算实例,采用该算法推导出了结构振动基频与弹性模量的关系,只要知道截面的几何尺寸和材料性质,便可快速识别出各截面的刚度。有限元空间建模计算结果证明了本文提出的算法具有较高精度。该方法适合底部固定的塔式结构,可为复杂空间塔式结构使用状态的监测与评估提供参考。     

珊溪水库地震震后趋势的快速判定

2002年7月28日珊溪水库库区发生了M_L3.5地震,之后记录到M)L≥1.0地震50余次,最大地震是9月5日M_L3.9地震。7月28日M_L3.5地震发生后,应用“跟踪式后续地震的模糊预测方法”进行了震后趋势跟踪预测。首先,选用多个地震序列资料作为样本,按预测要求,确定震级大小的分类标准,构成分类矩阵,然后,计算每个序列的6项地震活动性指标构成样本矩阵,而用刚刚发生的地震序列构成待判矩阵,应用一种模糊软聚类方法进行判断,得到未来某一时间段内将发生的地震震级属于哪一类。如果使用几个时间段资料、对不同预报期分别建立几组样本矩阵和分类矩阵,则可实现跟踪式震后趋势快速预测。对9月5日M_l3.9地震和震后趋势预测比较准确。本文简单介绍了预测方法和预测效果。     

基于Bayes判别分析法的冲击地压预测与危险性分级

基于Bayes判别分析法,研究了冲击地压的预测与危险性分级问题。综合考虑冲击地压发生的自然因素、地质因素和开采技术因素,选择煤层厚度、倾角、埋深、地质构造情况、煤层倾角变化、厚度变化、瓦斯浓度、顶板管理、采前卸压情况和响煤炮声等10个参数作为判别因子;将冲击地压危险性等级分为微、弱、中和强4个级别,并作为Bayes判别分析的4个正态总体;选用现场实测的20组数据作为训练样本建立了Bayes线性判别函数和后验概率函数,以Bayes线性函数值和样本出现的总体的后验概率对样本所归属的总体进行识别;将建立的模型对训练样本进行回判,以回代误判率对模型进行检验;选用15组现场实测数据作为测试样本,以检验模型的可行性和可靠性。研究表明:冲击地压Bayes判别分析模型的回代误判率为0,对测试样本的识别正确率为93.33%,且与Fisher判别分析法的识别结果一致。     

大连国贸大厦振动监测传感器优化布设研究

传感器优化布设是高层建筑荷载识别与振动特性研究的首要工作。总结了土木工程中几种常用的传感器优化布置方法和准则;提出了一种基于列主元QR分解的逐步累积法与逐步消去法,综合寻找最优测点数及测点位置的方法;基于大型科学计算软件MATLAB对该方法进行编程,实现了程序可视化。以330.25 m高的大连国贸大厦为例,建立三维有限元分析模型,进行了模态分析,并利用本文方法对传感器布置方案进行了优化。结果表明,该方法优化效果明显,能为高层建筑中布设振动监测仪器提供较为可靠的依据。     

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.     

基于矩张量的钢筋混凝土构件损伤声发射检测方法

为了利用声发射技术对钢筋混凝土构件损伤进行定量检测,将矩张量在地震工程学中反演震源机制的理论用于结构的声发射无损检测。阐述了基于矩张量理论的声发射检测技术原理,推导了利用矩张量理论反演裂缝机制(裂缝位置、类型和走向)的定量表达式。通过钢筋混凝土梁的四点弯曲试验,按照基于矩张量的声发射分析方法,明确裂缝机制,并与试验结果比较,探讨矩张量理论用于钢筋混凝土结构无损检测的有效性。结果表明:对于钢筋混凝土受弯构件,基于矩张量的声发射无损检测技术能定量地描述结构的裂缝机制,具有较好的准确性。     

带裂缝钢筋混凝土梁损伤诊断的振动方法

建立了健康的和带有理想裂缝的钢筋混凝土梁的分离式有限元模型,推导了其中四节点矩形粘结单元的刚度矩阵。利用该模型可以计算它们的振动特性参数,研究其局部损伤与振动特性参数的关系。有限元模型数值仿真计算结果与实际测试结果相吻合。数值仿真计算及实际测试结果均表明:固有频率是进行钢筋混凝土梁裂缝类损伤定性辨识的重要指标;曲率模态振型和应变模态振型是钢筋混凝土梁裂缝类局部损伤的敏感参数,利用它们的模态绝对残差向量可以实现实梁裂缝类损伤的准确定位识别;曲率模态振型和应变模态振型的绝对残差向量范数,与裂缝类损伤的严重程度具有单调性关系,可以基于其进行裂缝类损伤的定量辨识。     

自适应单摆式TMD及其减振效果的数值模拟

当单摆式调谐质量阻尼器(PTMD)的频率调谐至与结构的自振频率一致时,PTMD有良好的减振效果。由于结构的设计频率与实际频率之间的偏差和结构在使用过程中发生的损伤累积等,结构的自振频率可能会偏离PTMD的控制频率,降低PTMD的减振效果。为了改善传统PTMD对频率调谐敏感的缺陷,提出的自适应单摆式TMD基于PTMD频率仅与摆长有关的特点,利用短时傅里叶变换和环境激励法识别出结构的自振频率,然后自发地启动步进电机改变摆长,以调节PTMD频率与结构频率相同。介绍了一种自适应单摆式TMD的模型装置,并用数值模拟对比了其在各种激励作用下的结构响应。结果表明,自适应单摆式TMD对结构的频率识别精度高,能够提高结构的等效阻尼比,降低结构的加速度响应。自适应单摆式TMD能够提高PTMD的减振效果,提高结构的安全性和耐久性,延长结构的使用寿命,且构造简单、需电量小,具有较好的工程应用前景。     

基于小波包分析的框架结构损伤识别

损伤将引起结构动力特性和动力响应的变化,反过来,可以通过结构动力性能或动力响应的变化识别结构损伤,但它们对结构局部损伤并不十分敏感。而小波包分析具有优越的时-频局部化性能,可以在时—频域以任意精度进行信号分析。本文在小波包分析基础上,提出了基于小波包分析的损伤检测和识别方法:首先将结构响应信号分解为小波包组分,然后通过考察各组分小波信号的变化情况识别损伤。该方法仅利用结构响应数据识别损伤,实测方便,计算简单,并通过3层钢框架结构的模型试验成功地识别出损伤时刻和损伤位置,验证了其可行性。     

MapBasic在震害评估应用中的一个问题

利用MapBasic编制震害评估软件时 ,无现成的工具直接绘制出长短轴不平行 (或不垂直 )于经纬度线的等烈度线。本文提出了一个通过椭圆旋转绘制出所要求的等烈度线椭圆的方法。     

基于柔度矩阵法的钢栈桥损伤识别

根据以往模态柔度损伤指标的研究成果,建立了模态柔度差曲率和模态柔度曲率差这2种结构损伤识别指标.通过对一个百米钢栈桥最容易发生损伤的下弦梁进行各种损伤工况下的数值模拟研究,比较分析了这2种结构损伤指标的损伤识别效果.并且在钢栈桥2根下弦梁都有损伤的情况下,对两者之间损伤识别效果的相互影响进行了研究.研究结果表明,本文提...     

垂直撞击下混凝土框架结构振动响应及其影响因素分析

采用ABAQUS有限元分析软件建立了三层三跨混凝土框架结构,研究了撞击位置、撞击质量和初始撞击速度对框架结构动力响应的影响。研究结果表明:撞击力峰值受初始撞击速度影响最大,其次是撞击质量,而撞击位置影响最小;梁跨中最大挠度和最终挠度受初始撞击速度的影响较大,而撞击位置和撞击质量对其影响较小;当撞击力作用于同层边跨梁时,相邻梁柱节点混凝土拉伸损伤较为严重,而当撞击力作用于同层中跨梁时,整个框架梁柱节点混凝土拉伸损伤相对较轻,但损伤分布相对较广;随着撞击质量和初始撞击速度的增大,整个框架结构损伤越来越严重,框架梁和梁柱节点是主要耗能部位。