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考虑轮轨多点接触关系的车轨系统地震响应分析

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哈尔滨工程大学学报 2024年第3期45卷 423-431页

作者：朱小杰王浩周智辉茅建校郜辉东南大学混凝土与预应力混凝土结构教育部重点实验室江苏南京210096 中南大学土木工程学院湖南长沙410075

为研究地震作用下轮轨多点接触关系及其对车轨系统地震响应的影响,本文基于虚拟渗透理论分析了轮轨多点接触的几何关系,采用修正的Kik-Piotrowski方法和Kalker线性理论求解轮轨接触力,并建立了地震作用下考虑轮轨多点接触关系的列车-无... 详细信息

为研究地震作用下轮轨多点接触关系及其对车轨系统地震响应的影响,本文基于虚拟渗透理论分析了轮轨多点接触的几何关系,采用修正的Kik-Piotrowski方法和Kalker线性理论求解轮轨接触力,并建立了地震作用下考虑轮轨多点接触关系的列车-无砟轨道系统模型;以某高速铁路为对象,研究了车轨系统的地震响应及列车的行车安全性。研究结果表明:地震作用下轮轨之间会出现2点接触情况,次接触斑对轮轨接触行为具有重要影响;轮轨多点接触关系对地震作用下的轮轴横向力和脱轨系数具有重要影响,不考虑该多点接触关系会低估列车的行车安全性;车轮抬升量对地震动强度不是特别敏感。

关键词：轮轨多点接触车轨系统地震响应虚拟渗透理论 Kik-Piotrowski方法接触斑无砟轨道行车安全

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实测车流作用下大跨悬索桥吊索疲劳性能分析

东南大学学报（自然科学版） 2024年第4期54卷 952-960页

作者：茅建校柯贤东苏迅赵楷林王浩宗海东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室南京211189 南京公路发展(集团)有限公司南京210031

为研究车辆长期作用下悬索桥吊索的疲劳性能,以南京栖霞山长江大桥为工程背景,利用该桥动态称重系统的实测数据,采用有限混合分布拟合了车辆荷载模型.然后,基于时间权重矩阵模拟了桥面多车道随机车流,并基于Ansys计算了随机车流作用下... 详细信息

为研究车辆长期作用下悬索桥吊索的疲劳性能,以南京栖霞山长江大桥为工程背景,利用该桥动态称重系统的实测数据,采用有限混合分布拟合了车辆荷载模型.然后,基于时间权重矩阵模拟了桥面多车道随机车流,并基于Ansys计算了随机车流作用下的桥梁动力时程响应.在上述基础上,获取了大桥短吊索、长吊索和限位吊索3组典型吊索的应力时程,并采用名义应力法对其疲劳性能进行分析.结果表明:在随机车流作用下,大部分时间段内吊索应力波动较为平稳;各吊索应力变化趋势与车流量的变化密切相关,短吊索、长吊索以及限位吊索的最大应力幅分别为40、30和25 MPa;在车辆荷载的长期作用下,短吊索的疲劳可靠度显著低于长吊索与限位吊索.

关键词：悬索桥吊索疲劳性能动态称重系统随机车流动力响应

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用于船桥碰撞预警的复杂场景下视觉船舶检测

Journal of Southeast University(English Edition) 2024年第1期40卷 33-40页

作者：廖睿轩吴同张一鸣茅建校王浩东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室南京211189

为准确识别航道船舶,实现桥梁防撞预警,结合实拍图像和数据增强建立了针对桥梁航道船舶的图像数据集,包括远距离、多目标以及可视度低等复杂场景.然后,以YOLOv5模型作为基本检测器并对其网络结构进行改进,主要改进包括将主干网络中的C3... 详细信息

为准确识别航道船舶,实现桥梁防撞预警,结合实拍图像和数据增强建立了针对桥梁航道船舶的图像数据集,包括远距离、多目标以及可视度低等复杂场景.然后,以YOLOv5模型作为基本检测器并对其网络结构进行改进,主要改进包括将主干网络中的C3模块替换为C2f模块,在特征融合网络中嵌入SE注意力机制,采用K-means++聚类算法对数据集的先验框进行优化.最后,以PyTorch为深度学习框架对改进YOLOv5模型进行训练和验证.结果表明,改进YOLOv5模型对重点检测船舶的平均精度达到99.4%,较原始YOLOv5模型提高了11.1%,检测速度达到102帧/s,可为复杂通航场景下船桥碰撞预警提供可靠、高效的支撑.

关键词：船舶检测船桥相撞 YOLOv5 SE注意力机制数据增强

基于UWB的铁路营业线施工要素定位与风险防控研究

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铁道标准设计 2024年

作者：朱涨鑫谢以顺铁栋李超男茅建校王浩东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室中铁二十四局集团江苏工程有限公司

为解决铁路营业线施工要素管理依赖于人工、风险管控滞后的问题，基于超宽带技术（UWB）提出了一种施工机械、人员的定位与风险防控方法，并结合地理信息系统（GIS）建立了可视化管控平台。以某上跨铁路营业线桥梁工程为研究对象，根据... 详细信息

为解决铁路营业线施工要素管理依赖于人工、风险管控滞后的问题，基于超宽带技术（UWB）提出了一种施工机械、人员的定位与风险防控方法，并结合地理信息系统（GIS）建立了可视化管控平台。以某上跨铁路营业线桥梁工程为研究对象，根据施工区域营业线施工的分级管控需求，优化布置了UWB基站和电子围栏边界，为施工要素配置定位标签，然后根据TDOA定位原理实现施工要素的定位，由定位坐标计算人员距离施工机械、电子围栏间的距离，与预设的阈值对比，进行安全风险分级预警，据此设计了施工机械防撞和电子围栏的分级预警方法。在上述基础上，将人员和机械的位置信息以及安全风险分级预警信息等集成至地理信息系统（GIS），在GIS平台实现实时查看人员和机械的具体位置以及自动对安全预警信息进行推送。在实际工程应用中，该施工要素的定位与风险预警方法效果良好，可以有效增强施工场地的安全性。结果表明，所设计方法可以实现人员与机械的实时定位展示以及安全预警的自动推送，有效提高铁路营业线施工的智能化安全监管效率，弥补目前在施工场地人员巡视安全方面的不足。

关键词：铁路营业线超宽带施工要素定位 TDOA 风险防控 GIS

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考虑不确定性的大跨度桥梁模态参数自动识别

东南大学学报:自然科学版 2023年第5期53卷 850-856页

作者：苏迅茅建校王浩杨朝勇东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室南京211189

为提升大跨度桥梁模态参数在线追踪的可靠性,融合深度学习和贝叶斯方法,提出了考虑不确定性的桥梁模态参数自动识别方法.首先,利用3倍标准差法与广义回归神经网络进行异常监测数据的检测与修复;然后,利用卷积自动编码器去除交叉模态置... 详细信息

为提升大跨度桥梁模态参数在线追踪的可靠性,融合深度学习和贝叶斯方法,提出了考虑不确定性的桥梁模态参数自动识别方法.首先,利用3倍标准差法与广义回归神经网络进行异常监测数据的检测与修复;然后,利用卷积自动编码器去除交叉模态置信准则矩阵嵌入的噪声信息,提取目标模态响应区间,并通过Kohonen网络进行聚类分析,以判别频响区间内的模态数量;最后,基于贝叶斯方法进行运营模态识别,并根据变异系数对识别结果进行可靠性评估.基于苏通大桥监测数据的模态参数识别与统计分析结果表明,所提方法能够自动识别并准确追踪桥梁模态参数,可以依托大桥监测数据开展异常数据处理、模态参数识别与结果可靠性评估,且对数正态分布较好地拟合了频率和阻尼比的概率分布.

关键词：大跨度桥梁贝叶斯方法模态参数在线分析深度学习

基于稀疏高斯过程回归的强/台风作用下大跨度桥梁风振响应概率预测

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土木工程学报 2022年第10期55卷 72-79页

作者：张一鸣王浩茅建校东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室江苏南京211189

针对有限元模型、风洞试验等难以实时预测风振响应的问题,提出基于稀疏高斯过程回归的强/台风作用下大跨度桥梁风振响应概率预测方法。该方法从数据驱动的角度出发,采用稀疏近似方法降低常规高斯过程模型存储空间,将风特性参数与风振响... 详细信息

针对有限元模型、风洞试验等难以实时预测风振响应的问题,提出基于稀疏高斯过程回归的强/台风作用下大跨度桥梁风振响应概率预测方法。该方法从数据驱动的角度出发,采用稀疏近似方法降低常规高斯过程模型存储空间,将风特性参数与风振响应的历史监测数据同时作为输入变量,并根据联合假设检验比较各变量的重要性程度以确定最终输入特征,进而实现风振响应的动态预测。采用苏通大桥2008年至2012年的七次台风数据对该方法的预测精度与效率进行验证。结果表明:稀疏高斯过程回归相对于常规高斯过程可有效减少模型训练时间;除风特性参数外,在模型的输入变量中考虑风振响应历史数据可进一步提高预测精度;相较于随机森林算法和多元线性回归,稀疏高斯过程回归表现出更好的预测性能。

关键词：风振响应概率预测强/台风大跨度桥梁稀疏高斯过程回归

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大跨悬索桥塔梁纵向位移控制阻尼器病害分析

哈尔滨工程大学学报 2022年第7期43卷 950-957页

作者：宗海庞振浩茅建校王浩东南大学交通学院江苏南京211189 南京公路发展(集团)有限公司江苏南京210031 东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室江苏南京211189 东南大学桥梁研究中心江苏南京211189

为研究沙坝对沿岸流不稳定运动特征的影响,本文以某跨长江悬索桥为工程背景,结合现场观测与监测数据分析了该桥纵向阻尼器的病害机制及治理措施。本文描述了阻尼器发生的螺栓断裂、销轴滑出和耳板折断等病害;结合桥塔与主梁连接处的横... 详细信息

为研究沙坝对沿岸流不稳定运动特征的影响,本文以某跨长江悬索桥为工程背景,结合现场观测与监测数据分析了该桥纵向阻尼器的病害机制及治理措施。本文描述了阻尼器发生的螺栓断裂、销轴滑出和耳板折断等病害;结合桥塔与主梁连接处的横桥向与竖向实测相对位移分析了阻尼器病害的发生原因,并据此进行了改进设计与更换;根据桥梁健康监测系统记录的塔梁纵向相对位移,对比分析了阻尼器更换前后的工作性能。结果表明:该桥塔梁连接处横桥向和竖向相对位移最大可达25 mm和60 mm;塔梁间较大的相对位移使得纵向阻尼器的两侧耳板受力不均衡,进而导致阻尼器发生销轴滑出、耳板失效等病害;阻尼器改进包括构造措施和强度措施。

关键词：大跨度悬索桥塔梁相对位移纵向阻尼器粘滞流体阻尼器病害机理改进优化实测验证维护

基于SHMS的大跨度悬索桥模态参数识别及有限元模型修正

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基于SHMS的大跨度悬索桥模态参数识别及有限元模型修正

作者：茅建校东南大学

学位级别：硕士

桥梁结构的模态参数识别和有限元模型修正均是大跨度桥梁结构健康监测领域的主要研究热点,准确识别结构模态参数、修正对应的有限元模型可为桥梁结构状态评估、损伤识别及养护维修奠定基础,为同类桥梁的合理设计、施工及养护等提供参考... 详细信息

桥梁结构的模态参数识别和有限元模型修正均是大跨度桥梁结构健康监测领域的主要研究热点,准确识别结构模态参数、修正对应的有限元模型可为桥梁结构状态评估、损伤识别及养护维修奠定基础,为同类桥梁的合理设计、施工及养护等提供参考。本文以润扬悬索桥为工程背景,紧紧围绕大跨度悬索桥模态参数识别和有限元模型修正两个热点问题,利用该桥结构健康监测系统(SHMS)实测的台风期间风数据及结构振动数据,开展基于SHMS的大跨度悬索桥模态参数识别及有限元模型修正研究。主要研究内容包括：(1)润扬悬索桥桥址区实测台风非平稳风特性分析。依托于该桥SHMS记录的实测风速、风向数据,以“麦莎”和“韦帕”台风为研究对象,分别基于平稳和非平稳风速模型得到了对应的平均风速、紊流强度、紊流积分尺度和紊流功率谱密度等风特性,并将两种模型的计算结果进行对比。研究结果表明,台风期间实测风速表现出明显的非平稳特性,此时非平稳风速模型在刻画风特性时具有更好的适用性。(2)基于三类典型方法的大跨度悬索桥模态参数识别对比研究。利用润扬悬索桥SHMS采集的台风期间的主梁振动数据,分别采用平均正则化功率谱方法(ANPSD)、随机子空间法(SSI)和希尔伯特黄变换法(HHT)识别大桥主梁模态参数,并将识别结果进行对比分析,以评判三种方法对该桥进行模态参数识别的适用性。研究结果表明,台风期间主梁实测加速度响应表现出明显的非平稳特性,HHT方法适用于非平稳信号的处理,且就本案例而言,基于该方法识别的模态参数更为准确。因而,选用HHT方法作为后续研究中模态参数识别的主要方法。(3)大跨度悬索桥模态参数与监测环境因素的关系模型研究。在已获得台风期间润扬悬索桥主梁模态参数和相应风速、温度的基础上,利用非线性主成分分析(NLPCA)对其进行预处理,从而建立了环境主成分与模态参数间的人工神经网络模型,并分析了实测模态参数与人工神经网络拟合值之间残差的分布模式,以验证该人工神经网络模型的准确性。最后,依据该人工神经网络非线性预测模型,得到消除环境因素影响的模态参数。研究结果为润扬悬索桥有限元模型修正奠定了基础。(4)基于相关向量机-马尔可夫链蒙特卡洛模拟(RVM-MCMC)方法的大跨度悬索桥有限元模型修正。在润扬悬索桥初始有限元模型的基础上,利用拉丁超立方抽样得到试验样本,并利用基于稀疏贝叶斯理论的相关向量机回归算法得到该桥的动力响应面模型。结合大桥SHMS和现场实测得到的结构模态参数,基于MCMC方法对该桥初始有限元模型进行修正,通过模型修正前后计算与实测结果的对比,验证了该模型修正方法的可靠性。研究结果可为类似大跨度桥梁的有限元模型修正及损伤识别提供参考。

关键词：大跨度悬索桥结构健康监测系统非平稳风特性模态参数监测环境因素有限元模型修正

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限位吊索对三跨连续悬索桥静动力特性的影响

东南大学学报（自然科学版） 2023年第3期53卷 395-401页

作者：袁智杰王浩茅建校苏迅宗海东南大学混凝土与预应力混凝土结构教育部重点实验室南京211189 南京公路发展(集团)有限公司南京210031

为研究限位吊索对大跨缆索桥梁结构静动力特性的影响,以某非对称三跨连续悬索桥为工程背景,建立了大桥有限元模型,并通过实测验证了模型的正确性,探究了限位吊索对大桥主缆线形、主梁线形及动力特性的影响.研究结果表明:限位吊索可协调... 详细信息

为研究限位吊索对大跨缆索桥梁结构静动力特性的影响,以某非对称三跨连续悬索桥为工程背景,建立了大桥有限元模型,并通过实测验证了模型的正确性,探究了限位吊索对大桥主缆线形、主梁线形及动力特性的影响.研究结果表明:限位吊索可协调三跨连续悬索桥边跨过渡墩处主缆与主梁的竖向变形,使得结构具有合理的应力分布;当一侧不设限位吊索时,主缆最大变形可达355.7 mm,同时引起其余吊索发生应力重分布,使得边跨主梁产生最大正向变形值,并在另一侧边跨产生最大负向变形值;当全桥均不设限位吊索时,主缆与主梁两侧变形均达到最大值,应力重分布呈对称分布;限位吊索主要影响三跨连续悬索桥前3阶竖弯模态频率,设置限位吊索可略微提高结构的竖向刚度.

关键词：限位吊索三跨连续悬索桥静动力特性有限元实测