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。     

苏通大桥结构健康状态评估技术研究与应用(3):主梁损伤定位

为提高基于模态参数的损伤识别方法的损伤敏感性和噪声鲁棒性,将多源数据融合技术引入到苏通大桥主梁损伤定位方法中。基于D-S证据理论对模态柔度和模态应变能指标进行数据融合,并以苏通大桥扁平钢箱梁为分析对象,对融合后损伤定位指标的应用效果进行了讨论。结果表明:基于数据融合的损伤定位方法具有较强的损伤敏感性,只需要较少的低阶模态信息就能识别主梁的早期损伤;数据融合后,损伤定位指标可以在较强的噪声环境下准确地识别斜拉桥钢箱梁的损伤,具有较好的工程实用性。     

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。     

火灾后混凝土结构损伤检测方法研究与探讨

研究了火场最高温度、持续时间对混凝土材性的影响,采用逐层深入-劈拉法研究了沿深度方向的不同损伤情况。研究表明,混凝土力学性能,包括抗压强度、抗拉强度、弹性模量等,随温度升高而显著降低;抗压强度、抗拉强度均随持续时间的增长而下降。逐层深入-劈拉法试验表明,在最高受火温度基本相同的情况下,残余强度随受火时间不同而有较大的差别;受火时间短的试件强度曲线呈明显的非线性,而受火时间长的试件强度曲线则趋于线性。对于火灾后混凝土构件的检测,在钻芯法的基础上提出了多次横向劈拉法;基于混凝土受损趋势为双曲线模型的假定,提出了首波传播路径为抛物线的改进超声波检测法。     

工程区台风大风灾害评估方法的研究与应用——以苏通大桥为例

针对国家重大项目施工和运营中规避台风大风灾害风险的特殊需求,以国家重点工程苏通大桥为例,研究了工程区局地环境下台风大风灾害风险的分析评估方法。利用1949~2007年桥位地区影响台风资料,用气候统计学方法分析了苏通大桥桥位工程区影响台风的时空分布,并用蒙特卡罗模拟方法对8级以上台风大风对桥位区可能造成的灾损指数进行计算。结果表明:①影响桥位区的台风年均2.5个,其中出现8级以上阵风的严重影响台风年均0.78个,工程区从5月下旬~11月下旬均可能受台风袭击,7月上旬~9月中旬是桥位区影响台风的多发期,而8月份几率最大,台风大风主要出现在偏东南和偏北方向;②蒙特卡罗方法模拟的桥位区8级以上台风大风的期望灾损指数达到0.282 1,约占全省台风灾害期望灾损指数的48%,潜在的经济损失达到20 675万元。采用气候统计学原理和蒙特卡罗模拟方法,可以满足局部特殊环境下的对工程区气象灾害风险分析的需要,其结果可以作为施工管理和规避灾害风险的依据。     

基于健康监测系统的大跨度多荷载悬索桥的疲劳与可靠度评估(英文)

在过去的几十年,世界各地建立了许多大跨度悬索桥。通常这些桥梁需承受多种动力荷载,尤其是一些处于多台风地区的公铁两用桥梁。为了保证这些大跨悬索钢桥在运营期内的安全和正常使用,有必要以一定的时间间隔进行桥梁的疲劳和可靠度评估。有鉴于此,许多大跨悬索桥都安装了健康监测系统,但是如何运用其进行准确的疲劳评估仍然是一个问题。本文通过结合计算机模拟技术和健康监测系统的测量数据,以香港青马大桥为例,分析了在多荷载作用下的大跨度悬索桥的疲劳和可靠度。同时,作为利用结构健康监测技术进行结构健康状态评估的这一重要研究方向的有益实践,该研究发展了一系列方法用于评估桥梁的疲劳,以及通过考虑存在于结构的物理模型和计算机模拟中的不确定性用以评估疲劳的可靠度。     

土与结构相互作用体系振动台模型试验数值模拟研究(英文)

运用土与结构动力相互作用 (SSI)有限元三维分析软件 SASSI2 0 0 0对一个土与结构动力相互作用体系振动台模型试验进行了模拟计算。对振动台模型试验作了简单的介绍 ,并详细叙述了试验的建模方法。对于试验中的刚性地基和柔性地基条件 ,El- centro波、Taft波和 5 0年超越概率为 10 %的南京人工波等三种地震波输入 ,三个加速度峰值水平 0 .1g、0 .2 g、0 .3g及两个水平向地震波输入的各种组合工况均进行了计算。在数值计算中 ,假设地基土为覆盖于基岩上的半无限粘弹性水平成层土 ,采用等效线性模型考虑土的动力非线性的影响 ;上部结构用三维杆系有限元单元模拟 ,楼板用四结点壳单元模拟 ,每个结点有三个平动自由度和三个转动自由度 ,模型试验中所施加的人工质量均匀分布于壳单元上 ;基础视为平板基础 ,用八结点块体单元模拟 ,每个结点有三个平动自由度。将试验结果与计算结果进行对比较 ,结果表明 :计算所建立的模型较好地模拟了相互作用体系在地震荷载下的反应性状 ,计算结果与试验结果吻合较好 ,SSI效应对结构地震反应有很大影响     

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。     

基于灵敏度分析的斜拉桥拉索更换顺序研究

通过对部分换索桥梁换索顺序的调研,按照拉索不同的布置形式,总结了目前拉索更换所采用的主要顺序,并利用有限元分析方法对某双塔双索面斜拉桥进行了模拟换索,分析得到了偏于安全的换索顺序。通过拆单根索的弯曲应变能的变化,分析了斜拉桥换索的整体顺序。通过分析不同换索工况下的索力增量变化规律,包括单塔拆1根、双塔同侧索面对称拆4根、双塔不同侧索面反对称拆4根等3种工况,对拉索更换顺序进行了研究,并对其中的同侧索面和不同侧索面拆除4根拉索的工况进行了主梁线形的分析,建立了有限元模型。分析认为,斜拉桥拉索的更换宜从短索向长索反对称进行。     

声发射技术在桥梁结构健康监测中的应用研究进展

声发射技术作为一种被动的、动态的监测手段,在工程和材料领域得到了广泛的应用,正日益受到桥梁结构健康监测研究者的关注。本文回顾了近年来国内外基于声发射技术的桥梁结构健康监测研究状况。首先,简要介绍了声发射的基本原理和声发射信号处理方法;其次,详细分析了声发射技术在桥梁结构健康监测中的研究成果,包括钢筋混凝土桥、钢结构桥、桥梁结构关键构件和无线声发射传感器及其网络等;最后,分析了声发射技术在桥梁结构健康监测领域应用中存在的一些问题,并对声发射技术的应用前景进行了探讨。     

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。     

基于GIS多准则评价与BP神经网络的暴雨洪涝灾害风险辨识--以闽三角地区为例

灾害风险辨识是灾害有效防控的重要环节之一,辨识体系与风险水平之间的非线性复杂关系使研究方法向精细化、智能化转型。闽三角地区是我国重要的沿海经济开放区,独特的“山-海”自然地理格局、起伏破碎的地形、高发的台风暴潮和极端短时降雨特征使其常遭受洪涝灾害侵扰。以闽三角为例,将生态服务价值纳入风险评价体系,构建基于GIS多准则评价与BP神经网络模型的风险辨识方法,旨在完善评价体系的同时,弥补传统评价方法存在的非线性缺陷和主观依赖,并以此为基础,进一步探究该地区风险空间分布规律和空间格局,为灾害风险防控提供思路。结果表明:①基于GIS多准则评价与BP神经网络模型的风险辨识方法能够系统准确的认知暴雨洪涝灾害风险水平与空间分布;②高风险区主要分布在河流沿岸、河口处、湾区,且人口、经济活动较活跃地区,城市化发展快速区与缓慢区相比,更容易遭受洪涝灾害威胁;③洪涝风险以高-高和低-低集聚为主,风险根据空间自相关性特征分为“整体随机”“局部随机-邻域集聚”和“整体集聚”三种类型。最后根据风险特征将闽三角地区高风险分为“厦门集美版块”“泉州湾区版块”“漳州县区版块”,分别提出灾害治理建议。