城市轨道交通桥梁动力特性对典型损伤的敏感性分析

一、关键科学问题及研究内容关键科学问题的提出随着我国大量的城市轨道交通建成并投入使用，其结构健康服役的重要性日渐突出。

城市轨道交通地下结构设计寿命为100年，在此期间由于结构性能劣化、服役环境变化、低频循环振动等内外因素共同作用下，城市轨道交通地下结构受力状态会发生变化，性能逐步退化，加之我国轨道交通建设速度迅猛，结构施工质量难免存在一定程度的缺陷，且结构损坏后不易或不可更换，给轨道交通地下结构健康服役状态的判断和预知控制带来了极大困难，亟需开展系统的基础研究。

城市轨道交通地下结构处于固—液—气耦合作用的赋存环境下，加上轨道交通低频周期动载作用下的疲劳效应、复杂渗流边界与循环振动荷载的累加效应、临近施工和运营扰动、结构自身的初始损伤和缺陷等多种内外因素共同作用下结构性能不断劣化，受力体系易出现薄弱环节，其演化过程高度非线性、性能演化机理难清，因而第一个科学问题是动态时空环境效应下的地下结构性能演化机理，研究内容为城市轨道交通地下结构材料施工期和服役期性能演化机理、初始损伤和缺陷状态下结构性能演变规律、结构的病害形成机理。

城市轨道交通地下结构为超长线状地下结构，在服役过程中受各种因素的影响逐渐出现病害，其结构性能随之不断劣化，健康状态极其难知。

为满足结构长期健康服役的需求，在揭示其受力与变形演化历史及现状的基础上，需要采用经济、高效的监测方法，全覆盖智能感知超长地下结构性能，研究结构在单一、多种病害组合状态下的响应机理，确定结构性能对各种环境因素的敏感性与发展趋势，达到定量化预知结构未来力学行为及其服役性能的目的，因而第二个科学问题是超长线状地下结构的状态智慧感知与评估理论，研究内容为结构状态智慧感知、结构服役性能评估指标体系与标准、健康诊断理论、缺陷状态下服役性能的预知、局部损伤结构服役可靠度的退化机理与干预机制。

在以上两个关键科学问题研究的基础上，根据城市轨道交通地下结构服役特点，针对地下水赋存环境下的结构性能所处的不同状态开展结构智能自修复与自适应加固理论研究，建立健康服役机制和保障体系，变被动获取结构健康状态为主动控制服役性能，以解决地下结构损坏后极其难修的问题，因而第三个科学问题是地下水环境下的结构自修复机制与自适应控制理论，研究内容为适合于城市轨道交通环境特点的地下结构智能自修复基础理论、设计方法与服役性能多尺度分析方法及基于性能退化的自适应加固理论，结构健康服役智能服务机制和数字化保障体系。

高铁桥梁结构的抗震性能研究摘要：本文旨在研究高铁桥梁结构的抗震性能，以提高高铁系统的安全性和可靠性。

高铁桥梁是高铁线路中的重要组成部分，其抗震性能对于减少地震灾害可能造成的损失至关重要。

通过分析桥梁结构的动力响应和抗震设计方法，本研究旨在为高铁桥梁的抗震设计提供理论依据和工程指导。

关键词：高铁桥梁；抗震性能；动力响应；抗震设计引言高铁系统作为现代城市交通的关键组成部分，一直以来都在不断发展壮大。

高铁桥梁作为高铁线路的重要构成之一，在确保高铁系统安全、高效运行中发挥着不可或缺的作用。

然而，地震是一种自然灾害，可能对高铁桥梁结构造成严重威胁，对乘客的生命财产安全构成潜在风险。

因此，高铁桥梁结构的抗震性能研究至关重要。

本研究旨在深入探讨高铁桥梁结构的抗震性能，以提供理论支持和工程指导，以确保高铁系统的安全性和可靠性。

在引言部分，将介绍高铁桥梁抗震性能研究的背景和重要性，并概述本研究的主要目标和方法。

高铁桥梁作为高铁线路的关键组成部分，不仅需要承受列车的运行荷载，还需要应对地震等外部自然灾害的挑战。

在一些地震活跃地区，高铁桥梁的抗震性能尤为重要，因为它直接关系到高铁线路的安全性和可用性。

地震是一种瞬时而强烈的地球自然现象，可能引发地表振动，对桥梁结构造成不可忽视的影响。

高铁桥梁必须设计和建造成足够坚固，能够在地震发生时保持稳定，以防止崩塌或严重损坏。

因此，抗震性能研究对于确保高铁线路的可靠性和运行安全至关重要。

本研究将采用多种方法，包括结构建模、地震加载、动力响应分析、参数敏感性分析等，来深入研究高铁桥梁的抗震性能。

通过这些方法的应用，将获得有关高铁桥梁在地震作用下的振动特性、应力分布、结构参数的优化等重要信息。

这些信息将有助于指导高铁桥梁的抗震设计，提高其在地震发生时的安全性和可靠性。

方法为了研究高铁桥梁结构的抗震性能，采用了多种方法和步骤。

以下是用来研究和评估高铁桥梁抗震性能的方法：结构建模：首先，需要对高铁桥梁的结构进行精确的三维建模。

基于小波包分析的桥梁支座损伤识别试验研究郭健;裘力奇;张新军;江定宇;赵钦【摘要】针对连续梁桥支座易出现损伤破坏的常见病害,应用小波包分析来研究随机荷载下桥梁支座的损伤识别.介绍了小波包能量理论,并把小波包能量分析与测试信号的相关性分析相结合,构造了一种对支座参数变化敏感的损伤指标.以舟山跨海大桥中的梁桥动力特性为依据,设计并完成了桥梁支座损伤识别的模型试验,对比分析了自振频率与小波能量指标的敏感性,并验证了通过损伤支座附近测点信号的自相关函数,能够用所构造的损伤指标较好地识别出支座是否出现损伤.【期刊名称】《浙江工业大学学报》【年(卷),期】2016(044)006【总页数】4页(P695-698)【关键词】小波包分析;支座损伤识别;损伤指标;模型试验【作者】郭健;裘力奇;张新军;江定宇;赵钦【作者单位】浙江工业大学建筑工程学院,浙江杭州310014;浙江工业大学建筑工程学院,浙江杭州310014;浙江工业大学建筑工程学院,浙江杭州310014;浙江大学建筑工程学院,浙江杭州310058;浙江工业大学建筑工程学院,浙江杭州310014【正文语种】中文【中图分类】TU435在跨海越江桥梁的非通航孔区域及非主通航孔区域经常采用连续梁的桥梁结构形式.由于在桥梁运营过程中，这类桥梁易受到船舶撞击、重车过桥和地震等突加荷载的作用，出现损伤破坏，其中支座损伤是连续梁桥的常见病害.以往，人们发展了许多有用的桥梁损伤识别的方法，也对桥梁支座的可能出现的病害进行了损伤检测和基于动力参数的损伤识别研究.如：王辉[1]在基于模态参数损伤识别的理论上，提出了一种基于Fourier变换置信准则和模型修正理论的桥梁支座动力识别方法.乔振[2]基于桥梁振动理论，提出了运用频率变化率来检测桥梁支座病害的方法.尹强[3]对卡尔曼滤波和序贯非线性最小二乘法进行了研究后，提出了基于最优化方法的自适应追踪技术，在线识别了橡胶隔震支座和其结构的系统参数，从而判断结构损伤的发生.Doebling等[4]也在基于结构振动理论的基础上，提出了一种结构损伤识别的方法.这些研究主要是基于结构振动参数和频域分析来开展的，一般还需要获知外激励的大小.考虑到实际工程中，桥梁所承受的外荷载，即车辆等外激励荷载难以实时地精确测试，在随机荷载作用下，如何实现桥梁支座的的损伤识别显得尤为重要[5-6].这里尝试应用基于小波分析的方法来开展随机荷载激励下的桥梁支座损伤识别研究，利用小波包能量分析方法来研究连续梁桥损伤识别的敏感性参数和鲁棒性，并以舟山跨海大桥为工程背景，对非通航孔区的梁桥开展了模型试验研究，对不同的支座是否出现损伤进行了识别判断，获得了很好的效果.1.1 小波分析理论传统的傅里叶变换是一种纯频率的分析方法，无法在时域内有定位性，而由此改进的短时傅里叶变换固定了窗函数的形状，从而有了一定的时域特性分析能力[7-9].这里使用的小波变换依靠小波的伸缩平移，克服了傅里叶变换窗口形状固定性的缺点，是一种优秀的分析非稳态信号的数学工具.设ψ(t)∈L2(R)，其傅里叶变换为，当满足允许条件(完全重构条件或恒等分辨条件)，即其中ψ(t)为一个基本小波或母小波.将基小波ψ(t)平移和伸缩，得对于任意的函数f(t)∈L2(R)，其连续小波变换为重构公式为其中ψ(t)还应满足一般函数的约束条件为即.1.2 小波包节点能量分析小波变换在高频部分频域内，分辨率较低.小波包变换在在小波变换的基础上发展而来，较好的克服了这一缺点.对于一个时域信号函数S,其小波包变换[10]为式中：i，j，k分别为频程参数、尺度参数和平移参数；为小波包参数，即其中由母小波函数ψ经高通滤波器h(k)及低通滤波器g(k)逐次计算得到经过小波包变换，可以根据需要选取不同的小波包基，对含有稳态或者非稳态成分的信号进行不同尺度上的分解，从而得到不同的频率分辨率，具体过程如图1所示.如果信号S(t)的总能量为式中由式(8，9)及小波包函数的正交性，可得式中式(12,13)给出了不同尺度和频带上信号能量的分布特征[11].经过上述分析，可以通过小波包分析将一个桥梁动力测试信号进行由测试空间到特征空间的变换，并且通过将结构损伤特征以节点能量的形式提取，实现对于桥梁结构的损伤识别.理论上，结构动力响应的小波包能量谱可以表征结构的损伤状态，在外激励作用下，可以通过小波包能量分析来构造损伤识别的指标，其对外荷载具有鲁棒性，损伤识别的结构系统中不同测点处的自相关函数和互相关函数对系统输入激励的变化具有一定的独立性[12].因此,可依据测点数据的相关函数来进一步构造基于小波包能量的与外激励荷载无关的损伤指标，以此来更敏感和有效地提高对支座损伤识别能力. 首先定义物理量，即当Inu和Ind的值越大,则Edi中包含的结构损伤信息越多，表示该动力响应进行小波包能量分析能得到更精确的损伤判断，同时，Ediv值不宜太大，否则也会淹没结构损伤的信息.比较为理想的情况是，结构受桥梁日常运营的随机激励作用，即和值在较低的结构动力反应参数范围，而由构件损伤产生的Edi处于相对波动较大，小波包能量的损伤指标Inu和Ind就会对需要识别的损伤很敏感，这种情况正好是桥梁支座发生损伤的特征.因此，小波包能量变化的结构损伤识别对于支座损伤具有较高的实用价值[13].3.1 试验布置以浙江舟山跨海大桥中的连续梁桥动力特征进行三跨连续梁模型试验设计，来研究上面所构造的损伤指标在荷载作用下进行支座损伤识别的能力.试验模型如图2所示，试验梁长为0.791 m+1.418 m+0.791 m，采用截面为4 mm×60 mm的扁钢(Q235)，支座依次编号为A，B，C，D，全梁共分为27(7+13+7)个单元，在8和9单元相邻处施加瞬时冲击荷载来对结构输入外激励.在梁中4，16，25单元处采用压电式加速度传感器采集试验梁上的加速度信号.试验布置如图3所示，试验中根据实际桥梁常见支座病害来模拟损伤工况，支座损伤以模拟支座处构件连接松动，支撑弹性下降来模拟，研究目标就是要识别出支座发生了损伤.3.2 小波包能量与自振频率对损伤的敏感性对比通过测试，得到梁结构的前7阶自振频率.相对于无损结构，支座C和支座D发生损伤时，试验中在点4处测得加速度信号，结构前七阶频率的相对变化fd/fu(图4)；计算出该信号的自相关函数x4-4的小波包能量比，得到前7个能量比最大的频带上ed/eu的相对变化(图5).比较图4，5中自振频率和能量比的相对变化可以发现：支座C和D损伤前后的频率变化最大，只有7%左右，而x4-4的小波包能量比主成分的变化基本在15%～20%左右，最明显达到70%以上，较频率的变化要大得多，这证明了以小波包能量构造的损伤指标比以自振频率构造的损伤指标对于支座损伤的检测更为敏感.3.3 支座的损伤识别由于结构的对称性，主要考察支座C和D处的损伤与相关参数的关系.对8和9单元相邻处锤击5次，在每跨测得5组加速度信号.通过测量得到点4，16，25处的加速度a4，a16，a25，并以此计算出自相关函数x4-4，x16-16，x25-25和互相关函数x4-16，x4-25，x16-25，然后用coif 5小波函数对它们进行6层分解，分别计算出支座无损、支座C发生损伤和支座D发生损伤时的值，结果如图6，7所示.从图6，7可以看出：自相关函数计算出的Ediv值较互相关函数要小得多，说明它的一致性比互相关函数要好.同时，损伤指标对于损伤的敏感性与选取点有关，不同点与点之间得到的Ediv值和Edi值有一定差别，接近损伤部位的传感器信息变化会比较明显.综合考虑Inu值和Ind值对荷载的无关性和对损伤的敏感性，自相关函数具有明显优势.通过分析计算，结合自相关函数与互相关函数等指标来综合观察Ind与Inu是否有明显的相对变化，从而判定支座是否出现了损伤.研究了小波分析理论在桥梁支座损伤识别中的应用，结合结构动力响应的相关函数，构造了一种新的损伤指标.结合浙江舟山跨海大桥中连续梁桥的振动特性，设计并开展了支座损伤的模型试验研究，分析了各损伤指标识别支座损伤的敏感性，验证了基于小波包能量构造的损伤指标能够有效识别出桥梁支座是否发生了损伤，以便桥梁管理部门能及时发现支座损伤，采取进一步的支座病害巡检和维护.这是一种具有工程推广应用价值和非常有发展前途的损伤识别方法.【相关文献】[1] 王辉.基于动力响应的铁路桥梁橡胶支座病害评估方法研究[D].北京：北京交通大学，2014.[2] 乔振.基于固有频率变化率的桥梁支座病害识别技术的研究[D].南昌：华东交通大学，2014.[3] 尹强.非线性橡胶隔震结构参数识别与损伤诊断研究[D].南京：南京航空航天大学，2010.[4] DOEBLING W, FARRAR R, PRIME B.A summary review of vibration-based damage identification methods [J].The shock and vibration digest,1998,30(2):91-105.[5] LI Bing, CHEN Xuefeng.Wavelet-based numerical analysis: a review and classification [J]. Finite elements in analysis and design,2014,81:14-31.[6] 叶蔚嫦,蔡增伸,李文炳.基于ANSYS的桥梁橡胶支座测试系统刚度分析[J].浙江工业大学学报，2005,33(2):212-215.[7] LAW S S，WU S Q，SHI Z Y.Moving load and prestress identification using wavelet-based method [J].Journal of applied mechanics,2008,75(2):021014.[8] 廖锋峰，郭行波，刘文捷.基于小波变换的图像编码研究[J].浙江工业大学学报，2010，38(2):197-201.[9] 彭宏，韩露莎，王辉.基于小波变换与多帧平均法融合的背景提取[J].浙江工业大学学报，2013，41(2)：228-232.[10] 郭健，陈勇，孙炳楠.桥梁健康监测中损伤特征提取的小波包方法[J].浙江大学学报(工学版),2006,40(10):1767-1772.[11] HOU Z K.Wavelet-based approach for structural damage detection [J].Journal of engineering mechanics,2000,126(7):677-683.[12] MCGETRICK P J.A wavelet based drive-by bridge inspection system[R].Proceedings of the 7th International Conference of Bridge Maintenance, Safety and Management. Shanghai：Crc Press，2014.[13] 江定宇.大跨度桥梁的精细化损伤识别研究[D].杭州：浙江大学，2010.。

桥梁结构的动力学特性分析桥梁是连接两个地理位置的重要交通设施，其稳定性和可靠性对交通运输的安全至关重要。

为确保桥梁结构的合理设计和使用，动力学特性分析是不可或缺的一项工作。

本文将对桥梁结构的动力学特性进行分析，并探讨其在桥梁工程中的应用。

1. 动力学特性的定义桥梁结构的动力学特性是指桥梁在受到外力作用下的运动规律和响应特性。

包括桥梁的固有频率、振型形态、自由振动和阻尼等内容。

通过分析桥梁的动力学特性，可以评估其抗风、抗震、抗振动等能力，为桥梁的设计、施工和维护提供依据。

2. 动力学特性分析的方法（1）模态分析：模态分析是一种常用的动力学特性分析方法，通过求解桥梁结构的振型形态和固有频率，得出结构的模态参数。

模态分析可以帮助设计师确定桥梁的固有振动频率，避免共振现象的发生，提高桥梁的稳定性。

（2）动力响应分析：动力响应分析是通过施加外力荷载，研究桥梁结构的动态响应行为。

通过对桥梁在不同荷载条件下的动态响应分析，可以评估桥梁的结构响应和变形情况，为桥梁结构的安全评估和设计提供依据。

3. 动力学特性分析的应用（1）抗风设计：桥梁结构在面对风荷载时容易发生振动，因此抗风设计是桥梁工程中的重要问题之一。

通过动力学特性分析，可以评估桥梁的固有振动频率和阻尼比，确定合理的抗风设计参数，提高桥梁的稳定性和抗风性能。

（2）抗震设计：地震是危及桥梁结构安全的主要自然灾害之一。

通过动力学特性分析，可以评估桥梁在地震作用下的动态响应和变形情况，确定合理的抗震设计参数，确保桥梁在地震中的安全性。

（3）振动控制：在某些情况下，桥梁的振动可能会对周围环境产生不利影响，如引起噪音、疲劳破坏等。

通过动力学特性分析，可以了解桥梁的振动特性，并采取相应的振动控制措施，降低桥梁振动对周围环境的影响。

总结：桥梁结构的动力学特性分析对于桥梁的设计、施工和维护具有重要意义。

通过分析桥梁的动力学特性，可以评估桥梁在受到外力作用下的响应和变形情况，为桥梁的抗风、抗震和抗振动设计提供依据。

钢 轨 的主 要 原 【 。 大 Ｊ
随着城 市轨道 交通 的迅 速发 展 ， 其是 尤 近几年 ， 一些速度 达到甚 至超过 １０ｋ ／ ０ ｍ ｈ轨 道 交通快 线 的投 入运 营 ， 小半 径 曲线 的钢 使
图 １ 典 型配 线 及 钢 轨 侧 磨 分 布 表 １ 轨 道 交通 快 线 侧 磨 － 隋况统 计
８ ｍ ｈ 铁车 辆 的一 系悬 挂 ， ０ｋ ／ 地 多采 用层 叠 式橡 胶结
构ｌ ， 图 ３ 示。 如 所
道 岔 导 曲 线 轨 距 加 宽 ５ｍｍ 仍
有 侧 磨
轨 距 加 宽不 是 主 要 因素
２ ）根据车辆动力学理论 ， 列车 的曲线通 过能力 可
该 工 程 轮 轨 踏 面硬 度 匹 配
车辆一系悬挂参数对于半径 ２ ０～ ５ Ｉ ０ ２ ０Ｔ 曲线的适应性 １
稍差 。
相关文献表 明 ， 车辆 一 系悬 挂 纵 向刚度对 于车辆 的曲线 通 过 性 能 影 响 较 大 ， 而 对 轮 轨 侧 磨 产 生 进
影 响［ 。
折 返 线 上 仅 折 返 道 岔 导 曲 线
项 目 ８ ｋ 雾勒
轮 对 质 量／ ｇ ｋ
轮 对 侧 滚 转 动 惯 量／ ｇ・ ｋ ｍ
轮 对 摇 头 转 动 惯 量／ ｇ・ｎ ｋ Ｉ
一
系垂 向刚 度／ ＭＮ ｍ） （ ／
一
系横 向刚 度／（ ／ ＭＮ ｍ） 系纵 向 刚度／（ ／ ＭＮ ｍ）
基 础 上 ， 一 系 纵 向 刚 度 调 整 为 ５Ｍ ／ 其 他 参 数 将 Ｎ ｍ，
不变。
３ ２ 计 算 结 果 ．
３种Ｔ况的轮轨侧磨评价参数见表 ４ 。
（） ａ 转臂 式结 构

大跨桥梁多因素耦合作用疲劳损伤精细诊断与防治关键技术大跨桥梁多因素耦合作用疲劳损伤精细诊断与防治关键技术是指在大跨度桥梁结构受力作用下，结构构件出现的疲劳损伤和损坏的原因分析、诊断与防治的关键技术。

疲劳损伤不仅会导致桥梁结构整体稳定性的降低，还会影响桥梁使用寿命，甚至会造成局部损坏，危及行人和车辆安全，因此，对大跨桥梁多因素耦合作用疲劳损伤精细诊断与防治关键技术的研究具有重要的理论意义和现实意义。

一、大跨桥梁结构受力及其疲劳损伤1.1 大跨桥梁结构受力大跨桥梁结构受力时，受力点的位置可能出现很大的差异，桥梁结构的元力学特性也相应地发生变化，使得桥梁结构受力不均匀，受力点的位置变化，也将对桥梁结构的稳定性产生影响，易引发结构构件的损坏。

1.2 大跨桥梁结构疲劳损伤桥梁结构由于荷载的不断变化，结构构件在受力作用下，尤其是结构构件上许多细小的缺陷，就会带来疲劳损伤，从而影响桥梁整体稳定性，并且可能使桥梁结构损坏，造成局部损坏，危及行人和车辆的安全。

二、多因素耦合作用疲劳损伤诊断与防治2.1 疲劳损伤诊断疲劳损伤的诊断是针对大跨桥梁结构疲劳损伤的重要步骤，主要包括：检测桥梁结构中的疲劳损伤、诊断疲劳损伤的原因并确定疲劳损伤的位置、确定疲劳损伤的类型和严重程度、分析疲劳损伤的可能影响因素、制定相应的修复方案等。

2.2 多因素耦合作用疲劳损伤防治多因素耦合作用疲劳损伤的防治主要是针对大跨桥梁疲劳损伤的原因进行整改，根据疲劳损伤的位置、类型及严重程度，采取相应的技术措施，如改善桥梁设计、加固桥梁结构、更换桥梁结构构件等，以确保大跨度桥梁结构的安全使用。

三、大跨桥梁多因素耦合作用疲劳损伤精细诊断与防治关键技术3.1 诊断关键技术大跨桥梁多因素耦合作用疲劳损伤精细诊断的关键技术包括：计算机辅助分析技术、精密检测技术、疲劳损伤模拟技术、数据挖掘技术等。

3.2 防治关键技术大跨桥梁多因素耦合作用疲劳损伤防治关键技术包括：结构加固技术、材料改性技术、保护层技术、复合材料技术等。

桥梁结构损伤识别研究综述摘要：首先阐述了桥梁结构损伤识别在桥梁结构中的重要性，介绍了国内外桥梁结构损伤识别研究现状，在此基础上，又介绍了用于桥梁结构的各种损伤识别方法和存在的问题，最后提出了桥梁结构损伤识别的发展方向。

关键词：损伤识别，桥梁结构，神经网络，曲率模态引言桥梁结构在长期使用过程中会发生各种损伤，导致桥梁结构的承载能力的降低，甚至会导致桥梁的倒塌，造成巨大的经济损失和人员伤亡。

为了保证桥梁的安全性，需要及时的发现桥梁结构存在的损伤情况。

目前，桥梁结构损伤识别已经成为国内外研究的热点。

1 国内外桥梁结构损伤识别研究现状损伤识别最早用在航天及机械领域并得到了广泛的研究，在健康监测引起普遍关注的同时被应用在桥梁领域。

鉴于桥梁所处环境的复杂性及结构特性的随机性，桥梁的损伤识别目前还没有一个统一的标准或准则参考，实际的应用也较少，但还是取得了一些成就。

自70年代以来，随着振动测试和分析技术的发展，国际上广泛开展了应用振动技术对机器设备与工程结构进行损伤识别和监测的研究。

近年来，国外学者在利用振动模态分析理论进行结构损伤识别方面开展了大量的研究工作，提出了各种各样的识别方法。

早期，主要是以Vandiver和Begg[9]等的研究工作为基础，根据模态频率的变化来探测桥梁结构的损伤。

Spyrakos[5]进行了一系列的桥梁模型试验，分别测试了模型梁在不同类型、位置和程度损伤条件下的低频自振特性，发现一定水平的损伤与结构动态特性有确定的相关性，但是仅用频率改变作为结构损伤因子是不充分的。

Aktan等则从结构静力柔度阵出发，根据桥梁载重汽车静力测试结果，通过对比观测模态柔度和静力测试柔度，评估了模态柔度作为损伤指针的可靠性。

除了这些较为零星的工作以外，美国通过I-40桥梁项目和Alamosa峡谷项目，对桥粱健康诊断中的结构损伤识别方法进行了系统的研究，试验结果表明振型关于结构损伤识别伤较为敏感。

Stubbs等[8]也对I-40桥进行了损伤识别的研究，利用振型曲率计算了结构局部应变能，通过应变能的改变来识别桥梁的损伤。

（） １
足 ４个 基本 条件 ： １ （ ）对 局部损 伤 敏感 ， 为 结构 损 且 伤的单 调 函数 ； ２ （ ）具 有 明 确 的位 置 坐标 ； ３ （ ）在 损 伤 位置 ， 损伤标 识 量应 出现 明显 的峰 值 变化 ； ４ （ ）在 非损 伤位 置 ， 伤标 识 量 的 变 化 幅度 应 小 于 预先 设 损
行评估 引 ．
型 、 率等 ） 基 于结构 动力 学理论 ， 用多种 损伤识 频 ． 采 别量 ， 探讨 常用 的结构损 伤识 别方 法 ， 于结 构损伤 用
诊 断．
要有 效 地进 行 损 伤诊 断 ， 先 需 要解 决 损 伤表 首 示量 的选择 问题 ， 即决 定 以哪些 物 理 量 为 依据 能够 更好地 识别 和标 定 损 伤 的程 度 与方 位 ． 于损 伤 识 用
收稿 日期 ： ０ ７０ — ２ ０－４２
式 中 ［ 、 ］分别 为结构 的质 量矩 阵及 阻尼矩 阵 Ｍ］
｛ ｆ ） ｛ ｆ ） ｛ ｆ ） 别为加 速 度 矩 阵 、 Ｘ （） 、Ｘ （） 、Ｘ（） 分 速度 矩 阵及 动位移 矩阵
卢 永 飞 ， 彦 江 苏
（ 州 交 通 大 学 土 木 工 程 学 院 ， 肃 兰州 ７ ０ ７ ） 兰 甘 ３ ０ ０
摘
要 ： 阐述 了基 于结 构动 力特性 的桥 梁损 伤诊 断基 本 原 理和 方 法 ， 比较 分析 了各 类损 伤诊 断方
法 的特 点及 适 用条件 ， 并指 出 了桥 梁结 构基 于动 力 特 性 的损 伤 诊 断 方 法和 进 一 步 需要 研 究 解 决的
Ｄａ ａ ｅ Ｉ ｅ ｉｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｉ ｇ ｔ ｕ ｔ ｅ Ｂａ ｅ ｎ Ｄｙ ａ ｉ ｏ ｒ ｉ ｓ ｍ ｇ ｄ ｎｔｆｃ ｔｏ ｆＢｒ ｄ ｅ Ｓ ｒ ｃ ｕｒ ｓ ｄ ｏ ｎ ｍ ｃ Ｐｒ ｐｅ ｔｅ

城市轨道交通系统安全韧性思考与实践目录一、内容描述 (2)1. 研究背景与意义 (3)2. 国内外研究现状及发展趋势 (4)二、城市轨道交通系统安全韧性概述 (5)1. 安全韧性定义及内涵 (7)2. 城市轨道交通系统安全韧性特点 (8)3. 安全韧性在城市轨道交通中的重要性 (9)三、城市轨道交通系统安全韧性影响因素分析 (10)1. 硬件设备与安全设施因素 (11)2. 运营管理与组织因素 (13)3. 人员素质与技能因素 (14)4. 环境因素及风险评估 (15)四、增强城市轨道交通系统安全韧性策略 (17)1. 硬件设备与安全设施优化策略 (18)2. 运营管理与组织优化措施 (20)3. 人员培训与技能提升途径 (21)4. 建立完善应急预案与紧急救援体系 (22)五、城市轨道交通系统安全韧性实践案例 (23)1. 国内外典型案例介绍与分析 (24)2. 实践经验总结与启示 (25)六、提升城市轨道交通系统安全韧性技术创新与应用研究 (26)一、内容描述本文档主要围绕“城市轨道交通系统安全韧性思考与实践”这一主题展开，内容主要涉及对城市轨道交通系统安全韧性的全面思考和具体实践措施。

在当前城市化进程不断加快，轨道交通系统日益繁忙的背景下，安全问题愈发凸显，提升轨道交通系统的安全韧性显得尤为重要。

本文旨在探讨如何增强城市轨道交通系统的安全性和韧性，以应对各种潜在风险和挑战。

文档将概述城市轨道交通系统的现状及其面临的主要安全风险，包括设备老化、人为因素、自然灾害以及恐怖袭击等风险点。

将深入分析这些风险对轨道交通系统安全韧性的影响，阐述现有安全措施和策略存在的不足和挑战。

文档将提出增强城市轨道交通系统安全韧性的策略和建议，这包括但不限于以下几个方面：一是加强设备维护和更新，提升设备的安全性和可靠性；二是强化人员培训和人员管理，提升员工的安全意识和应急处理能力；三是完善安全管理体系，构建全方位、多层次的安全管理网络；四是加强与相关部门的协同合作，形成联动机制，共同应对安全风险。

１基 于 振 动 的损 伤 识 别 方 法
基 于 动 力参 数 对 桥 梁 结 构 进行 损 伤 识 别 时， 构 损 伤 敏 结 感 参数 的选 择是 结 构 损 伤 识 别 结 果 准 确 可靠 的 保 证 。 近 些 年 来 ， 多学 者 基 于 不 同 的结 构 损 伤 敏 感 参 数 对 其 进 行 了损 许 伤 识 别 研 究 ． 些 敏 感 参 数 主要 包 括 ： 有 频 率 、 尼 比 、 这 同 阻 振 型 、 变模 态 、 变 能 、 响 函数 等 。 应 应 频
基于动力参数的桥梁结构损伤识别研究进展
魏 锦辉 ， 潘 春风
郑州 航空 工业 管理学 院 （５ ０５ ４ ０ １）
摘 要： 简要 介 绍 了基 于 结构 动 力参 数 的 损 伤 识 别 方 法 的发 展 情 况 和研 究 现 状 ， 并在 前 人 的基 础 上 对其据桥 梁损 伤 识 别 方 法 中现 存 的 问题 ， 望 了桥 梁 损 伤 识 别 未 来 的 发展 方 向 和 趋 势 ， 同 展 以
的 理论 和试 验 方 法 进 行 了 细 致 的 研 究 。 过 对 一 个 带 有 小 孔 通
频 率 测 试 Ｌ所 选 测 点 的位 置无 关 ， 最 易 获 得 的 模 态 参 ｊ 是 数 ． 测 试 精 度 比较 高 ， 此 通 过 频 率 变 化 来 识 别 桥 梁 结 构 且 因 是 否发 生 损 伤 是 最 为 简 单 、 为 实 用 的 方 法 。 １ ７ 最 ９ ９年 ，ａ — ｃｗ ｌ ｅ ｙ和 Ａ ａ ｓ 过 特 征 值 对 结 构 物理 参 数 的 灵 敏 度 分 析 ， ｄｍ 通 提 出在 结 构 只 存 在 单 处 损 伤 的情 况 下 ， 伤 前 后 仟 意 两 阶 频 率 损 变 化 的 比 值 仅 是 损 伤 位 置 的 数 ，与损 伤 程 度 无 关 。 １ ９ ９７ 年 ．ａ ｗ Ｓ ｌ ｕ对 以 自振 频 率 为 基 础 的 损 伤 识 别 研 究 做 了 详 细 ａ 的总 结 ． 指 仅 依 靠 自振 频 率 的 变化 难 以 实 现 结 构 的 损 伤 定 位 。另 外 频 率 反应 的是 结 构 的整 体 特 性 ， 结 构 局 部 损 伤 不 对 敏 感 ， 难 反 映 结 构 的 小 损 伤 ， 往 只 能 发 现 损 伤 ， 无 法 很 往 而 确 定 损 伤 的 位 置 和程 度 ， 在对 称 结 构 的 两个 对 称 位 置 发 生 如 相 同损 伤 时 频 率 变化 相 同 。 １２基 于 振 型 的 损 伤 识 别 法 ＿

高铁桥梁动力相互作用分析在现代交通领域中，高铁已经成为了主要的出行方式，它以其高速、高效的特点受到了人们的青睐。

而作为高铁线路的重要组成部分，高铁桥梁的安全运行必不可少。

然而，由于高速列车的运行会引起桥梁结构的振动，造成桥梁的破坏，因此需要对高铁桥梁的动力相互作用进行分析，制定相应的措施来保证高铁运行的安全。

高铁桥梁的动力相互作用主要指的是高速列车与桥梁之间发生的力的相互作用，包括列车振动引起的动力作用和桥梁对列车的反作用。

首先，列车的振动会引起桥梁结构的振动，列车经过桥梁时，桥梁会受到列车轮对间隙、列车车体相对于铁路轨道的摇摆等因素的影响，产生动力荷载。

这些动力荷载会导致桥梁的振动加剧，如果振动幅度过大，就会对桥梁结构及其上的设备、人员等产生不良影响。

其次，桥梁在受到列车挤压力作用后，会对列车产生反作用。

这种反作用会影响列车的稳定性和运行舒适度，还会对列车轮轴和轨道产生磨损，影响其寿命。

为了分析高铁桥梁的动力相互作用，我们可以从桥梁结构和列车运行两个方面进行分析。

从桥梁结构角度来看，我们需要了解桥梁的几何特征、材料特性、刚度、自振频率等参数。

通过这些参数以及对列车速度、荷载、车型等运行条件的了解，可以对桥梁的振动特性进行预测和分析。

同时，还需要考虑桥梁的固有振动模态，以及桥梁结构与列车振动频率之间的共振情况。

如果桥梁的自振频率与列车振动频率相近，就会增加桥梁的振动幅度，从而对桥梁造成破坏。

从列车运行角度来看，我们需要了解列车的运行参数。

例如，列车速度、列车质量、列车车轮尺寸等。

通过对列车运行参数的分析，可以预测列车在桥梁上的挤压力、震荡频率等。

同时，还需要考虑列车的稳定性和舒适性。

因为振动幅度过大会对列车运行产生不良影响，包括对列车乘客的舒适性和列车设备的安全性。

在分析高铁桥梁的动力相互作用之后，我们需要制定相应的措施来保证高铁运行的安全。

首先，可以通过优化桥梁结构设计、采用合适的材料及制造工艺等方式来提高桥梁的刚度和自振频率，减小桥梁振动幅度。

表 1 南浦大桥钢管内混凝土的灌注工况
工况 横向顺序 纵向顺序
备注 工况
横向顺序
纵向顺序
备注
1 1～4 号管 纵 1 工序
5
5～8 号管
纵 3 工序 间隔 6 d
2 3～2 号管 纵 1 工序 间隔 4 d
6
7～6 号管
纵 3 工序 间隔 8 d
3 5～8 号管 纵 2 工序 间隔 6 d
7
1～2～3～4 号管 纵 4 工序 间隔 12 d
摘 要 : 基于敏感性分析的基本原理 ,将施工控制目标转化为有约束的极小值问题 ,推导了结构设计参数对结合 ANSYS 软件的梯度分析功能 ,对一座钢管混凝土拱桥进行了施工阶段的结构设
计参数敏感性分析 ,找出影响桥梁施工控制误差的主要设计参数 。实践表明该方法简单实用 ,所得结论对类似桥梁的施
Sk ( xk) =
| ΔZ |
Z
/
| Δxk |
xk
= | ψ′k ( x k) |
xk Z
(2)
式中 ,ψ′( x k) 即为目标函数对参数 x k 的梯度值 ψ′k ( x k)
=
5ψ 5 xk
+
5ψ 5 Y 5 Y 5 xk
(3)
由于目标函数中包含了结构的性态响应 Y , 其与设计变量间的关系只有通过结构分析后才能确定 , 而
problem wit h restraints , and t he expression for sensitivity index was denied. Taking advantage of t his expression and t he gradi2 ent analysis function in t he ANSYS software , t he sensitivity analysis of structural design parameters in t he construction of a CF2 ST arch bridge was performed. The design parameters t hat primarily influence t he error of construction control were deter2 mined. It was indicated t hat t he met hod was very simple and useful , and t he conclusion should be valuable to t he construction and design of similar bridges.

城市轨道交通钢轨的振动响应与动态特性分析随着城市化进程的不断加快，城市交通问题日益凸显。

城市轨道交通作为一种高效、快速、环保的交通方式，正在成为越来越多城市的首选。

然而，随着轨道交通的发展和日益频繁的使用，轨道系统所面临的振动问题也日益突出。

因此，对城市轨道交通钢轨的振动响应与动态特性进行分析与研究，具有重要的现实意义和理论价值。

城市轨道交通是一种基于固定轨道的交通系统，它由轨道、车辆和电气系统组成。

其中，轨道作为城市轨道交通系统的基础设施之一，承载着整个交通系统的重要功能和责任。

然而，在城市轨道交通运营过程中，由于车辆的震动、气候变化、设备老化等因素，轨道系统往往会产生振动。

这些振动主要体现在钢轨上，对轨道系统的安全性、舒适性和运营效率都有着重要的影响。

城市轨道交通钢轨的振动响应与动态特性分析旨在对这些振动现象进行深入的研究和理解，以便采取相应措施来减小振动影响，并提高运营效率和乘客的乘车体验。

具体分析如下：1. 振动来源与机理分析：在城市轨道交通运营过程中，振动的来源可以归结为两个方面：车辆振动和环境振动。

车辆振动主要来自于轮轨之间的交互作用、车辆运动时的加速度变化等；而环境振动主要包括风载荷、地震、周围土壤变化等。

分析这些振动来源的机理，可以更好地理解振动产生的原因和规律。

2. 振动信号采集与处理：为了对城市轨道交通钢轨的振动进行准确的分析，需要采集实际的振动信号数据，并进行相应的信号处理。

这包括选择合适的传感器对振动信号进行采集，以及对采集到的振动信号进行滤波、降噪等处理，以提高数据的质量和可靠性。

3. 振动特性分析与模态识别：在获得了振动信号数据和处理结果之后，可以对钢轨的振动特性进行分析和研究。

其中，模态分析是一种常用的方法，通过对振动信号进行频谱分析、自谱分析等手段，可以获得钢轨的振动模态及其振动频率、阻尼等参数。

这些参数对于进一步分析和优化轨道系统的性能至关重要。

4. 振动优化与控制策略：基于对城市轨道交通钢轨振动特性的分析和了解，可以采取相应的优化与控制策略来减小振动对轨道系统的影响。

基于振动分析的桥梁结构损伤识别技术桥梁作为交通基础设施的重要组成部分，其结构的安全性和可靠性至关重要。

随着时间的推移、交通流量的增加以及环境因素的影响，桥梁结构可能会出现各种损伤，如裂缝、腐蚀、疲劳等。

这些损伤如果不能及时被发现和修复，可能会导致桥梁结构的性能下降，甚至引发严重的安全事故。

因此，如何有效地识别桥梁结构的损伤，成为了桥梁工程领域的一个重要研究课题。

振动分析作为一种无损检测技术，在桥梁结构损伤识别中得到了广泛的应用。

振动分析的基本原理是基于结构的动力特性，如固有频率、振型和阻尼比等，与结构的物理参数（如质量、刚度和阻尼）之间的关系。

当桥梁结构发生损伤时，其物理参数会发生变化，从而导致结构的动力特性也发生改变。

通过测量和分析桥梁结构在振动激励下的响应，可以获取其动力特性，并与未损伤时的基准数据进行对比，从而判断结构是否存在损伤以及损伤的位置和程度。

在基于振动分析的桥梁结构损伤识别中，常用的振动激励方式包括自然激励（如风、交通荷载等）和人工激励（如锤击、激振器等）。

自然激励通常是免费的，但激励信号的随机性较大，不利于数据分析。

人工激励可以提供更可控和更具重复性的激励信号，但需要专门的设备和操作，成本较高。

测量桥梁结构振动响应的传感器主要有加速度传感器、位移传感器和速度传感器等。

加速度传感器由于其测量精度高、响应速度快等优点，在桥梁结构振动测量中应用最为广泛。

传感器的布置方案对于获取准确和全面的振动响应数据至关重要。

一般来说，传感器应布置在结构的关键部位，如跨中、支座处、节点等，以捕捉结构的主要振动模态。

在获取了桥梁结构的振动响应数据后，需要对数据进行预处理和分析。

预处理包括去除噪声、滤波、积分和微分等操作，以提高数据的质量和可用性。

数据分析的方法主要有频域分析和时域分析两种。

频域分析通过对振动响应数据进行傅里叶变换，得到结构的频谱特性，从而识别结构的固有频率和振型。

时域分析则直接对振动响应的时间历程进行分析，如通过时域信号的特征提取、系统识别等方法来判断结构的损伤。

空间动 力有 限元 分析 ， 得到不 同裂纹状 态下 梁的 固有频 率和模 态振 型 ， 究裂纹 对简 支梁振 动响应 的影 响。研 究结果表 研 明： 伤结构动力特性对损伤的敏感性并 不能简单地 归结为对 高频一定敏 感 ， 损 对低频 一定 不敏 感 ， 应视 裂缝 位置 与振 型 节
点 关 系 而论 。
Ｄ ｉ． ｎ Ｇ Ｏ ｈ ｏｈ ａ Ｕ Ｊｎ１ ｇ ． Ｕ Ｓ ａ ． ｕ２ ｏ
（ ． ｅａｔ ｎ ｏ ｅｔ ｈ ｉ ｎｉｅｒ ｇ ＴｎｉＵ ｉ ｒｔ， ｈｎｈｉ ０ ０２ ｈ ａ １Ｄ ｐｒ ｔ ｆ ｏｅ ｎ ａ Ｅ ｇ ｅｉ ， ｏｇ ｎｖ ｓｙ Ｓ ａｇａ ２０９ ，Ｃｉ ； ｍｅ Ｇ ｃ ｃ ｌ ｎ ｎ ｉ ｅｉ ｎ ２Ｓｈｏ ｏ ｉｌ ｄＡｃｉｃｕａ Ｅ ｇ ｅｒｇ ｅｔｌ ｏｔ Ｕ ｉ ｒｔ， ｈ ｇｈ ４０ ８ ，Ｃ ｉ ） ．ｃｏｌ Ｃｖ ｒｈｅｔ ｌ ｎ ｎ ｉ ，Ｃｎｒ ｕｈ ｎｖ ｓｙ Ｃ ａ ｓａ １０３ ｈｎ ｆ ｉａ ｎ ｔ ｒ ｉ ｎ ａＳ ｅｉ ｎ ａ
关 键 词 ： 伤 梁 ； 力特 性 ； 损 动 固有 频 率 ； 态振 型 模
中图分类号 ：Ｉ ３ ．７ ＴＹ ５４ ２
文献标识码 ： Ａ
文章 编号 ：６２— ０９ ２０ ）２ ０７— ６ １７ ７２ （０８ ０ —０ １ ０
Ｓ ａ ｅ ｆｎ ｔ ｌｍｅ ｔａ ｌ ｓｓ ｏ ｙ ｍｉ ｈａ ａ ｔｒｓ ｃ ｆ ｄ ｍａ ｅ ｂ ａ ｐ ｃ ｉ ｅｅ ｎ ｎａｙ ｉ ｆｄ ｎａ ｃ ｃ ｒ ｃｅ ｉｔ ｓ ｏ ａ ｇ ｄ ｅ ｍ ｉ ｅ ｉ
损 伤 梁 动 力 特 性 的 空 下建 巩与 工程 系， 海 ２０９ ；． 南大学 土木 建 筑 学院 ， 南 长 沙 ４０８ ） １ Ａ Ａ － ＇ ＂ 上 ００２２ 中 湖 １０３

行车荷载作用下路面结构动态响应敏感性分析在进行分析之前，我们需要了解路面结构的基本组成和行车荷载对路面的影响。

一、路面结构的基本组成一般来说，路面结构由多层不同材料组成，包括路基、基层和面层。

路基通常由原土或填筑的材料组成，基层通常由碎石或混凝土混合物组成，而面层则是指铺设在基层之上的沥青混合料或水泥混凝土。

二、行车荷载对路面的影响行车荷载是指车辆行驶时车轮对路面施加的荷载。

这个荷载的大小和分布方式会对路面结构的动态响应产生影响。

荷载的大小取决于车辆类型、车辆速度和车辆轴重。

常见的车辆类型包括轿车、卡车、公交车等。

荷载的分布方式通常可以采用轮轴荷载模型，即将车轮荷载等效为在路面上的一个或多个地点施加作用力。

在对路面结构动态响应敏感性进行分析时，需要考虑以下几个因素：1.材料特性：不同材料的物理、力学性质对路面结构的响应有着不同的影响。

例如，柔性路面的沥青混合料通常具有较好的阻尼特性，可以减小路面的动态振动；而刚性路面的水泥混凝土较硬，对动力荷载的响应较敏感。

2.路面结构的层次：路面结构是由多层材料组成，不同的层次对荷载的响应有不同的贡献。

例如，在柔性路面结构中，表层的沥青混合料起到了缓冲和分散荷载的作用，而基层的碎石层则起到了承受荷载的作用。

3.荷载速度：车辆行驶速度的不同会导致荷载的作用时间不同，从而影响路面结构的响应。

在高速行驶时，由于荷载的作用时间较短，路面结构的响应会更加紧急和剧烈，需要考虑更多的动态因素。

4.路面结构的纵向和横向均匀性：路面结构的均匀性对其动态响应的影响很大。

如果路面结构不均匀，例如存在沉陷、踏板、裂缝等问题，那么荷载作用下路面结构的响应就会更加敏感，并可能加速结构的破坏。

综上所述，行车荷载作用下路面结构的动态响应敏感性分析需要考虑材料特性、路面结构的层次、荷载速度以及路面结构的均匀性等因素。

通过对这些因素的分析，可以更好地评估和优化路面结构的设计，提高其稳定性、安全性和舒适性。

高速铁路桥梁的动力响应分析一、引言高速铁路系统是现代交通运输中的重要组成部分，其中桥梁作为高铁线路的重要节点，在保障列车行驶安全和稳定的同时，也面临着动力响应等方面的挑战。

本文旨在对高速铁路桥梁的动力响应进行分析，并提出相应的解决方案。

二、桥梁动力响应的影响因素1.列车荷载：高速列车的运行速度较快，带来的荷载对桥梁结构会产生动态作用，应充分考虑列车类型、惯性力和振动等因素。

2.桥梁结构特性：桥梁的自振频率、刚度和阻尼等参数是决定其动力响应的关键因素，在设计和施工中应合理选取和控制。

3.地基条件：地基的承载力和刚度对桥梁的震动传递和响应起着重要的作用，需进行地质勘察和合理设计。

4.环境因素：如风、温度、湿度等环境因素会对桥梁的动力响应产生一定影响，需要在设计中予以考虑。

三、桥梁动力响应的分析方法1.有限元分析：采用有限元方法可以对桥梁进行模态分析，求解其固有频率和振型，进而得到结构的动力响应。

2.振动台试验：通过模拟实际荷载和振动条件，在振动台上对桥梁进行试验，观察和记录其动力响应情况。

3.现场监测：在实际运行中对桥梁进行监测，采集振动数据，并结合实际载荷条件进行动力响应分析。

四、动力响应分析的结果与解决方案1.分析结果：通过上述方法得到的动力响应数据可以用于评估桥梁的安全性和稳定性，判断是否存在动力响应超限的问题。

2.解决方案：对于发现的动力响应超限问题，可采取以下措施进行解决：（1）调整桥梁的结构参数，如刚度和阻尼，以提高其自振频率，减小动力响应。

（2）增加桥梁的荷载传递路径，加强桥梁与地基的连接，提高桥梁的整体刚度和稳定性。

（3）在桥梁关键部位设置减振装置，如阻尼器、减振器等，以吸收和分散动力荷载，减小桥梁的动力响应。

五、结论高速铁路桥梁的动力响应分析是确保铁路运行安全和稳定的重要环节。

通过针对桥梁的影响因素进行分析，并采取相应的解决方案，可有效减小桥梁的动力响应，提高桥梁的安全性和稳定性。