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基于局部测点模态测试的简支梁桥承载刚度评定试验研究

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地震工程学报 2024年第3期46卷 593-601页

作者：亓圣施晓亓兴军王宁宁曹三鹏王珊珊山东省交通科学研究院山东济南250102 济南金曰公路工程有限公司山东济南250101 山东建筑大学交通工程学院山东济南250101 山东高速集团有限公司山东济南250098

快速可靠地检测服役桥梁的承载刚度对保障道路交通线路的安全运营具有重要意义。文章提出一种基于局部测点模态测试的简支梁桥承载刚度评定方法,并以某实际工程中一座简支梁桥为试验对象,对所提方法的可行性和准确性进行验证。设计传统... 详细信息

快速可靠地检测服役桥梁的承载刚度对保障道路交通线路的安全运营具有重要意义。文章提出一种基于局部测点模态测试的简支梁桥承载刚度评定方法,并以某实际工程中一座简支梁桥为试验对象,对所提方法的可行性和准确性进行验证。设计传统桥梁荷载试验的中载和偏载加载方案,测得各工况下简支梁桥跨中截面的实测静挠度,基于环境激励进行联合测点模态试验和局部测点模态试验,预测简支梁桥跨中截面的模态挠度,并结合桥梁理论挠度计算结构挠度校验系数。结果表明:中载、偏载工况下联合测点模态试验预测的跨中截面模态挠度与静载试验跨中截面实测静挠度的相对误差最大不超过5.7%,基本满足工程精度的要求;联合跨中截面测点和桥面加载点测点的联合测点模态试验能够准确评估桥梁的承载刚度;仅在跨中截面布置传感器的局部测点模态试验预测的模态挠度基本等价于联合测点模态试验预测的模态挠度,两者的相对误差小于2%,局部测点模态测试预测的跨中截面挠度校验系数与静载试验的实测挠度校验系数相比具有很好的一致性。

关键词：模态试验局部测点简支梁桥承载刚度校验系数静载试验

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基于模态测试的石拱桥刚度无损检测评估研究

工业建筑 2024年

作者：赵若帆亓兴军郭冬梅杨洪超亓圣山东建筑大学交通工程学院

为探究环境激励下基于模态测试的无损检测方法评估古建筑桥梁结构刚度的可行性，以某跨径29m的石拱桥为研究对象，依据有限元模型设计虚拟荷载试验，确定中载和偏载工况下满足工程精度要求的最少模态阶次；环境激励下采集石拱桥主梁的... 详细信息

为探究环境激励下基于模态测试的无损检测方法评估古建筑桥梁结构刚度的可行性，以某跨径29m的石拱桥为研究对象，依据有限元模型设计虚拟荷载试验，确定中载和偏载工况下满足工程精度要求的最少模态阶次；环境激励下采集石拱桥主梁的竖向振动信息并识别模态参数，进而识别结构的模态位移柔度矩阵；预测石拱桥在等效试验荷载作用下的模态挠度，与有限元模型设计挠度进行比较，计算挠度校验系数，结合现行规范评定桥梁刚度状况。结果表明，中载工况下，只需两阶振型，偏载工况下，需要三阶振型预测的模态挠度便可满足工程精度要求；基于环境激励可以准确识别石拱桥的模态参数；两种工况作用下，计算的桥梁跨中挠度校验系数均小于1，说明桥梁的实际状况较好；模态测试作为一种无损检测方法代替荷载试验评估古建筑石拱桥结构刚度具有较好的工程可行性。

关键词：环境激励拱桥模态挠度砌体结构无损检测

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基于模态测试的梁桥横向联系传载能力评估

基于模态测试的梁桥横向联系传载能力评估

作者：亓圣山东建筑大学

学位级别：硕士

装配式梁桥以其预制方便、用材经济、便于运输和吊装等优点,成为我国中小跨径公路桥梁应用较为广泛的桥型之一。然而,随着材料老化、环境侵蚀、荷载的长期效应、疲劳效应等因素的耦合作用,主梁之间的横向联系产生损伤,严重影响了桥梁结... 详细信息

装配式梁桥以其预制方便、用材经济、便于运输和吊装等优点,成为我国中小跨径公路桥梁应用较为广泛的桥型之一。然而,随着材料老化、环境侵蚀、荷载的长期效应、疲劳效应等因素的耦合作用,主梁之间的横向联系产生损伤,严重影响了桥梁结构受力的整体性。因此,对梁桥横向联系传载性能进行科学准确地检测评估,有利于分阶段掌握结构病害的演变过程,对于保障桥梁安全运营意义深远。本文以公路桥梁中广泛应用的中小跨径装配式梁桥为研究对象,开展了桥梁模态柔度识别、梁桥横向联系损伤定位以及横向联系传载能力评估等方面的研究,探讨了基于环境激励模态测试评估梁桥横向传载能力的一系列问题,主要工作和成果包括以下几个方面:(1)车桥耦合下桥梁动力特性研究。重点分析车体质量、车辆刚度以及车辆的作用位置对简支梁桥频率的影响规律。车辆作用对桥梁频率的影响与车辆本身的振动特性以及作用位置有关,当车辆的振动频率小于空载状态下桥梁某阶自振频率时,车辆的作用会导致桥梁有载状态下该阶频率以及更高阶频率变大;当车辆的振动频率大于空载状态下桥梁某阶自振频率时,车辆的作用会导致桥梁有载状态下该阶频率以及更低阶频率变小。当车辆作用于桥梁模态振型幅值最大位置时,对该阶频率影响最为显著,当车辆作用于模态振型幅值零点位置时,对该阶频率无影响。(2)基于模态测试的梁桥横向联系损伤识别。对损伤简支空心板梁桥频率、模态振型、模态振型横桥向变化率比以及相邻主梁模态挠度差等损伤识别指标的敏感性进行探究。低阶频率多反映结构的整体性能,仅通过桥梁频率变化无法准确识别铰缝的损伤;模态振型包含结构更多的空间信息,但对于铰缝损伤识别的敏感性不高;主梁跨中前三阶模态振型横桥向变化率比在铰缝损伤位置处有明显的变化,一阶模态振型横桥向变化率比的识别效果更稳定,根据模态振型横桥向变化率比的增大位置能够进行铰缝的损伤定位;铰缝损伤后,结构的横向连接性能差、刚度低,无法有效地在桥梁横向分配荷载,导致相邻主梁的受力与变形不均匀,在静力荷载作用下相邻主梁之间的模态挠度差在铰缝损伤位置处有显著的突变现象,综合分析单位荷载在每根梁上作用时相邻主梁之间的模态挠度差的变化,通过与原设计桥梁相邻主梁之间的挠度差相对比,能够准确实现铰缝损伤位置的定位。(3)基于驻车的桥梁模态柔度识别及影响因素分析。确定了简支梁桥模态试验中模态阶次的选取以及传感器测点的关键位置选择,将车辆作为一个可灵活施加的质量,为附加质量法缩放桥梁振型提供便利条件。仅在主梁跨中位置布设传感器测点,通过驻车的方式对前三阶实测振型进行缩放,准确地识别简支梁桥跨中位置的模态位移柔度矩阵,进而预测桥梁在静力荷载下主梁跨中的模态挠度。极大的缩减了传感器测点的数量,试验过程更加快速便捷、省时省力、出错率低。(4)中小跨径梁桥横向联系传载能力评估。基于桥梁模态测试,预测相邻主梁模态挠度差在横桥向的分布变化,对简支梁桥横向联系薄弱位置进行识别,定义横向联系传载性能系数ζ,评估简支空心板桥铰缝的横向传载能力。由于铰缝损伤位置处横向连接薄弱,相邻主梁连接性能差,安全储备相对较低,与原设计无损桥梁相邻主梁之间的挠度差相比,铰缝损伤后相邻主梁模态挠度差在横桥向的分布出现显著的突变,能够准确识别铰缝损伤位置。利用相邻主梁跨中位置的实测模态挠度差与原设计无损桥梁相邻主梁跨中位置的理论挠度差计算横向联系传载性能系数ζ,铰缝损伤位置处的横向传载性能系数ζ远大于未损伤位置的横向传载性能系数,ζ越大,其横向传递荷载的能力越差。

关键词：模态测试横向联系传载能力损伤识别车桥耦合

基于车桥振动的桥梁振型识别及主梁挠度计算方法

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土木与环境工程学报（中英文） 2023年第5期45卷 191-201页

作者：亓兴军亓圣王珊珊丁晓岩山东建筑大学交通工程学院济南250101 山东高速集团有限公司济南250098

根据桥梁间接测量法的基本原理,对一座三跨连续梁桥建立车桥振动有限元模型,提取匀速通过桥梁时车辆竖向加速度时程响应,利用中心差分法计算接触点加速度时程响应,采用快速傅里叶变换得到加速度频谱图,应用峰值拾取法识别出桥梁的前三... 详细信息

根据桥梁间接测量法的基本原理,对一座三跨连续梁桥建立车桥振动有限元模型,提取匀速通过桥梁时车辆竖向加速度时程响应,利用中心差分法计算接触点加速度时程响应,采用快速傅里叶变换得到加速度频谱图,应用峰值拾取法识别出桥梁的前三阶频率;利用带通滤波技术从接触点竖向加速度响应中提取与桥梁频率相关的分量响应,通过希尔伯特变换得到测试桥梁的前三阶振型,并与有限元理论振型进行比较。结果表明:车体质量的改变对于振型识别没有明显影响;车速较低时对于振型的识别不利,但选择合适的驱车速度仍能够保证振型的识别精度。基于桥梁有限元模型,将识别的振型进行质量归一化,计算主梁的测试位移柔度矩阵,设计桥梁标准荷载试验方案,利用柔度矩阵计算主梁在试验荷载下的预测挠度,并与理论挠度进行比较。结果表明,在合适的车速下,预测挠度与理论挠度误差基本满足工程精度要求。

关键词：车桥耦合振动间接测量法振型识别柔度矩阵预测挠度

基于模态测试和等效荷载的装配式简支梁桥刚度快速评估

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建筑科学与工程学报 2023年第4期40卷 117-124页

作者：亓兴军亓圣孙绪法王珊珊山东建筑大学交通工程学院山东济南250101 山东高速集团有限公司山东济南250098

把不中断交通的模态测试方法和传统可靠的静力荷载试验方法相结合,提出了装配式简支梁桥刚度快速评估的等效荷载模态挠度测试方法;以装配式简支空心板桥梁为研究对象,建立无损伤和有损伤状态的有限元模型,提取冲击激励下主梁指定测点的... 详细信息

把不中断交通的模态测试方法和传统可靠的静力荷载试验方法相结合,提出了装配式简支梁桥刚度快速评估的等效荷载模态挠度测试方法;以装配式简支空心板桥梁为研究对象,建立无损伤和有损伤状态的有限元模型,提取冲击激励下主梁指定测点的竖向加速度,识别桥梁结构的模态参数,预测主梁位移柔度矩阵;根据《公路桥梁荷载试验规程》设计静力荷载试验的等效荷载,确定等效荷载作用下有损伤桥梁跨中的实测模态挠度;根据有限元无损状态的理论挠度计算挠度校验系数,结合规范快速评估损伤桥梁的刚度状况,并通过对桥梁跨中模态挠度和理论挠度的偏差分析,探究了不同测点布置以及不同模态阶次对预测模态挠度的影响。结果表明:在冲击激励下,无论是采用跨中及四分之一跨共18个测点方案,还是仅跨中9个测点方案,都能够准确识别到桥梁前3阶模态参数且预测的模态挠度偏差均低于5%,满足工程精度的要求;采用前3阶模态参数与采用前4阶模态参数预测的跨中模态挠度相同,即简支梁第2个纵向竖弯振型对跨中模态挠度的预测没有贡献;从振动理论和测试方法上验证了基于模态测试和等效荷载可以实现简支梁刚度的快速评估,具有较好的实际工程应用价值。

关键词：简支梁桥刚度快速评估等效荷载模态挠度

DETA功能化多孔颗粒吸附CO_(2)特性研究

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广东化工 2024年第5期51卷 17-20,4页

作者：王明君亓冠圣山东科技大学安全与环境工程学院山东青岛266590

为实现绿色、高效碳捕集,本研究利用生产废渣合成多孔颗粒,并通过二乙烯三胺(DETA)功能化以提高其CO_(2)吸附性能。通过低温氮气吸附-脱附、傅里叶红外光谱等手段对新型吸附剂进行表征,利用固定床吸附装置测试了其CO_(2)吸附特性。结果... 详细信息

为实现绿色、高效碳捕集,本研究利用生产废渣合成多孔颗粒,并通过二乙烯三胺(DETA)功能化以提高其CO_(2)吸附性能。通过低温氮气吸附-脱附、傅里叶红外光谱等手段对新型吸附剂进行表征,利用固定床吸附装置测试了其CO_(2)吸附特性。结果表明,DETA的持续负载未破坏颗粒的多级孔结构;多孔颗粒的最佳DETA负载量为25%,CO_(2)吸附能力较功能化前显著提高,常温常压下CO_(2)吸附量可达87.25 mg/g。红外测试证实了氨基甲酸酯的生成,吸附动力学显示了化学吸附的主导地位,吸附剂对CO_(2)具备良好的吸附选择性。本研究有助于促进生产废料的综合利用以及推动碳捕集工艺持续发展。

关键词：多孔颗粒胺功能化 CO_(2)吸附

铰接车辆模型识别粗糙桥梁频率和振型的数值分析

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建筑科学与工程学报 2022年第2期39卷 119-127页

作者：张文武亓兴军肖志全亓圣王珊珊山东高速集团有限公司山东济南250098 山东建筑大学交通工程学院山东济南250101

根据车桥耦合振动理论和桥梁间接测量法基本原理,对实际工程某连续梁桥建立桥梁模型,采用2辆单轴1/4车辆模型模拟测量车辆,1辆双轴半车模型模拟牵引车辆提供额外桥梁激励,三车前后铰接建立车辆模型。基于分离法原理与车辆动力学理论,利... 详细信息

根据车桥耦合振动理论和桥梁间接测量法基本原理,对实际工程某连续梁桥建立桥梁模型,采用2辆单轴1/4车辆模型模拟测量车辆,1辆双轴半车模型模拟牵引车辆提供额外桥梁激励,三车前后铰接建立车辆模型。基于分离法原理与车辆动力学理论,利用约束方程实现任意时刻车轮与桥面接触点的位移协调关系,采用APDL编程实现铰接车辆过桥的耦合动力时程响应分析。提取前后测试车辆匀速通过不同等级粗糙桥面时车辆振动加速度时程响应,对通过桥梁同一位置处的前后测试车辆加速度数值进行相减处理并应用快速傅里叶变换识别桥梁频率。采用带通滤波技术与汉宁窗相结合的处理方法提取分离出与桥梁固有频率相关的桥频分量响应,利用桥频分量响应及其希尔伯特变换构造出与每阶固有频率相对应的振型。结果表明:在A、B、C级桥面不平整度条件下,采用铰接车辆模型识别出的桥梁前3阶频率相对误差均在1%以内;对加速度时程响应数据加窗处理后识别出的桥梁前3阶振型MAC值均在0.95以上,满足工程精度需求;研究结果可以为移动传感间接测量方法在桥梁检测工程中的应用提供理论参考。

关键词：桥梁频率振型桥梁间接测量法铰接车辆模型

基于车辆传感识别简支梁桥损伤的位移曲率法研究

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特种结构 2022年第2期39卷 79-85页

作者：王珊珊肖志全亓兴军亓圣山东高速集团有限公司山东建筑大学交通工程学院

从驶过桥梁的车辆响应中识别简支梁桥的损伤具有快速、经济的优点,对公路工程中广泛存在中小旧桥快速检测具有重大的应用价值。依据车桥耦合振动理论和间接测量法原理,对车辆驶过桥梁的过程进行数值模拟试验研究,对车体加速度时程响应... 详细信息

从驶过桥梁的车辆响应中识别简支梁桥的损伤具有快速、经济的优点,对公路工程中广泛存在中小旧桥快速检测具有重大的应用价值。依据车桥耦合振动理论和间接测量法原理,对车辆驶过桥梁的过程进行数值模拟试验研究,对车体加速度时程响应进行快速傅里叶变换、带通滤波处理、希尔伯特变换,得到桥梁的一阶识别位移振型,利用位移振型的曲率识别桥梁损伤,对比分析了位移曲率识别桥梁损伤的三大曲率指标。数值分析表明,曲率模态、曲率模态差、曲率模态变化率三大指标都能较好地识别简支梁桥的损伤位置,为车辆传感间接识别简支梁桥损伤方法在桥梁检测工程中的应用提供理论参考。

关键词：车辆传感位移振型希尔伯特变换曲率模态曲率模态差曲率模态变化率

管径与出口流量对液态CO_(2)输送过程特性影响

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煤 2022年第11期31卷 11-13,18页

作者：吴虎亓冠圣山东科技大学安全与环境工程学院山东青岛266590

管输液态CO_(2)不仅可以进行采空区火灾防治,还能够将CO_(2)有效储藏到地下,符合当前全球经济发展模式。根据液态CO_(2)相变特性,同时结合CO_(2)输送技术以及矿井防灭火的需要,采用商业模拟软件ASPEN HYSYS V8.4对液输CO_(2)过程进行模... 详细信息

管输液态CO_(2)不仅可以进行采空区火灾防治,还能够将CO_(2)有效储藏到地下,符合当前全球经济发展模式。根据液态CO_(2)相变特性,同时结合CO_(2)输送技术以及矿井防灭火的需要,采用商业模拟软件ASPEN HYSYS V8.4对液输CO_(2)过程进行模拟,研究了不同管道规格与出口流量对液态CO_(2)输送过程中温压特性影响以及输送距离的变化规律。结果表明,过小的管径会使CO_(2)输送过程中产生较大的压降;管径过高,会导致CO_(2)在输送过程中流速过慢,与周围环境换热更充分,液态CO_(2)容易发生相变;同时对于不同管道规格,应设置不同CO_(2)出口流量以确保CO_(2)安全、经济高效运输。该研究对建立从煤矿地面向井下安全输送液态CO_(2)管道系统具有重要的指导意义。

关键词：煤自燃液态CO_(2) 管道规格出口流量