桥梁健康监测技术发展现状及趋势分析

研究目的：通过对桥梁健康监测技术涉及到的模型修正、指纹、动力等不同的状态评估方法的归纳，对桥梁健康监测技术现状进行了综合分析，并对健康监测技术的发展趋势进行预测。研究结果：桥梁健康监测与状态评估系统的研究尚处于基础性的探索阶段，距离实用性的系统目标尚有很大的差距。目前仅能准确测量低频响应，而低频响应多为结构的整体模态，对整体响应贡献小的局部，即使在整体模态中有所反映，但由于量值过小，往往也容易淹没在噪声、误差和不确定因素引起的扰动之中.今后桥梁健康监测的发展方向一是降低噪声和不确定性因素的影响，二足提高桥梁损伤诊断方法的灵敏度，通过技术优化可以达到对损伤程度的量化     

基于健康监测Benchmark结构的损伤识别方法

研究目的:由于受外部载荷、环境作用、灾害、人为等因素的影响,桥梁结构在服役期间会出现损伤,结构性能下降,其安全性己经引起人们的高度重视。如何去诊断桥梁结构的损伤,对其健康状况进行诊断和监测,己成为当今函待解决的一个重要课题。研究结论:针对桥梁健康监测Benchmark结构,基于加速度响应的自功率谱与主元分析法并结合马氏距离,提出结构整体损伤程度的评估方法:(1)提出的桥梁健康监测Benchmark结构损伤诊断方法可直接利用实测自功率谱进行损伤识别,不需要模态参数,不要求有完整的模态测试数据,因而避开了实际动测时一些模态参数的测不准及实测模态不完整问题;(2)损伤识别过程是通过分析实测自功率谱的数据特征、数据结构来完成的,不需建立结构的力学模型,因而对结构形式、约束方式及边界条件均没有特殊的要求;(3)采用力锤人工激励及SISO的动测方法,激励设备简单,操作方便;(4)本文方法对于在役桥梁的健康监测和损伤诊断具有一定参考价值。     

模式识别技术在桥梁状态评估与安全监测中的应用

将模式识别技术应用于桥梁结构状态评估与安全监测中,提出修正的欧氏距离与相似系数两种对响应信号特征向量进行统计分析的量化参数。提取出能较好反映出桥梁结构状态的特征参数,组合成特征向量。选择正常使用状态下多次实测数据特征向量的平均值作为基准状态,分别计算其他各次实测数据的特征向量,得到各次实测情况下特征向量与基准状态下特征向量之间修正的欧氏距离与相似系数。对桥梁正常运营状态进行监测,可得到修正的欧氏距离与相似系数的统计容许范围,作为桥梁结构状态评估的经验数字依据。     

基于健康监测系统的非对称外倾蝴蝶拱桥健康状态评估方法研究

通过分析成都市一座非对称外倾蝴蝶拱桥健康监测系统得到的监测数据,基于静力识别的统计对比诊断法对桥梁恒载工作状态进行评估;基于监测数据的直接评定法对桥梁活载动力特性进行评价;基于雨流统计法、线性累计损伤准则等理论对桥梁吊杆、系杆进行疲劳损伤预测分析;基于常规统计分析方法和灰色关联度分析方法判识传感器数据缺失、失真、重复等异常状态,评估系统运行情况。通过评估分析发现该桥运营状态良好,实现了对该桥运营初期力学状态及系统自身运行状态的有效评估。     

基于并行图卷积网络的无砟轨道监测测点异常识别

针对在服役过程中高速铁路无砟轨道结构健康监测可能出现由结构局部损伤或者传感器故障导致的测点异常问题,建立一种并行图卷积神经网络模型,来识别高速铁路无砟轨道监测测点的异常。采用结构早期初始状态的监测数据训练并行图卷积神经网络,获得结构初始状态下的测点数据之间的空间关联性;利用并行图卷积神经网络预测服役状态无砟轨道测点监测数据,实现轨道监测测点异常的识别;此外,对明显漂移的数据可基于有向图分析修正预测结果。将该方法应用于某高速铁路无砟轨道结构长期监测数据并识别了异常测点。     

基于桥梁健康监测系统的郑州黄河公铁两用桥的桥梁养护管理体系的构建

根据郑州黄河公铁两用桥的养护管理的需求,以桥梁结构健康监测系统为平台,以实时监测、定期监测及人工检查相结合的方法,对郑州黄河公铁两用桥实施预测式、评估式养护管理。提出了桥梁结构健康监测系统的总体架构,对各子系统的构成及实现方法进行了较为详细的论述。基于此,扩展并完善了桥梁健康监测的概念,为我国高速铁路桥梁的数字化养护管理信息系统的建立提供了借鉴。     

大型桥梁健康监测研究进展

回顾桥梁健康监测的发展历程。介绍桥梁健康监测系统的组成、监测内容功能及特点。对信号分析与处理的传统谱分析方法与小波变换、希尔波特黄变换(Hilbert Huang)进行比较。介绍最新的信号时频分析方法希尔波特黄变换的具体算法,及其在结构参数识别、损伤识别、消除实测南京长江大桥应变信号中的对讲机干扰等方面的具体应用。对动力指纹分析法、模型修正与系统识别法、神经网络法、遗传算法5种损伤检测方法的基本原理、特点及发展动态进行概述和总结,指出神经网络技术结合遗传算法是结构损伤检测的发展方向之一。     

基于EMD和随机减量技术的大型桥梁模态参数识别

结合南京长江大桥结构健康监测信号,提出将经验模态分解(EMD)与随机减量技术(RDT)相结合进行结构模态参数识别的方法。对于环境随机激励,经EMD分解后的结构模态响应,实际上由自由振动响应和外荷载引起的强迫振动响应2部分组成,可应用RDT得到对应模态的自由振动响应,从而识别结构的频率及阻尼。通过与有限元及谱分析结果相比较,证明了将EMD与RDT相结合的方法识别非平稳振动信号模态参数的有效性和合理性,适合于大型桥梁结构的模态参数识别。     

基于健康监测的钢桁梁桥结构承载力可靠性评估

桥梁结构健康监测系统能有效监测桥梁结构上的各种作用及结构效应,可为准确评估桥梁结构状态提供信息。以一座钢桁梁桥健康监测数据为基础,研究基于健康监测的钢桥构件承载力可靠性评估方法,分析应变信号的特点,并根据一段时间内的健康监测数据对桥梁结构进行承载力可靠性分析,建立基于随机车辆荷载模型的桥梁承载力可靠性评估方法,探讨温度效应对结构承载力可靠指标的影响。结果表明:由移动车辆振动引起的钢桥构件应变很小,移动车辆荷载产生的静力响应对构件承载力可靠指标起控制作用;随机车辆荷载模型能较好地模拟实际列车通行情况,结合有限元方法,能快速对钢桥构件承载力进行可靠性评估;考虑温度效应后构件承载力可靠指标有所减小,且温差越大,变化越明显。     

Fisher最优分割在桥梁健康监测门槛值分级中的应用

为提高桥梁健康监测系统的监测能力,完善状态评估系统,对结构特性参数的门槛值进行分级.Fisher最优分割原理可以将有序序列进行最优分类,使得离差平方和最小.建立ANSYS有限元模型,采用实测轴重数据,进行动力分析,对桥梁中跨跨中的横向位移监测指标从数值上按照Fisher最优分割原理进行分级分为:正常值,异常值,报警值.为检验分级效果,将横向位移在各数值段内出现的频率作为分级指标.结果表明,两种分级指标得到的门槛值较吻合,符合统计规律;2.205 mm和2.455 mm可作为横向位移的门槛值.其他监测指标可以采用同样的方法得到.     

基于希尔伯特-黄变换的铁路桥梁结构健康监测

桥梁结构健康监测直观检查法具有一定的局限性。新的基于希尔伯特—黄变换(HHT)的非破坏性桥梁结构健康监测方法,依赖于瞬变荷载测试和简便的数据收集,核心是近年来针对非稳态和非线性时间序列分析而新发展起来的HHT,由经验模态分解和Hilbert谱分析构成。该方法对桥梁结构健康性的最终判断依据是基于数据的非线性特征、自由振动和强迫振动的频率对比、桥梁对轻荷载及重荷载的响应。该方法的优点是:无需以前的数据,简便的数据采集,最少程度地干扰交通,以及细微差别的精确定量解释。工程实例的分析结果表明这种新方法应用于铁路桥梁结构健康监测的可行性。     

基于运营性能的高速铁路大跨度桥梁健康管理探讨

面向我国高速铁路大跨度桥梁结构特点和管养现状,研究提出基于运营性能的高速铁路大跨桥梁健康管理总体思路。通过高速轨检车轨道几何周期巡检结果和有砟道床捣固指数,建立基于灰度理论的捣固指数预测模型,为桥区有砟轨道线路养修提供依据。基于健康监测数据,分别引入ARMA模型、神经网络法及三分之一倍频程谱方法对桥梁结构整体状态实时预警。提出梁端伸缩装置和大吨位支座桥梁关键部位专项监测技术,构建了基于钢轨横向偏移量和伸缩装置疲劳应力变幅的梁端伸缩装置评定方法,以及基于累积位移的支座耐久性预测与评估方法。研发了基于BIM的大跨度桥梁故障预测与健康管理系统,提出了桥梁状态分层分级评估方法,融合多源数据进行历史趋势分析、故障诊断与预测,为实现高速铁路大跨度桥梁健康管理奠定了基础。     

南京长江大桥结构安全监测

介绍即将建立的南京长江大桥结构安全监测系统。该安全监测系统由传感系统、信号分析与处理系统、监测与评估系统组成。结合理论分析和现场实测数据分析 ,确定主要监测内容和测点布置 ,重点介绍振动响应监测系统。振动响应监测主要内容包括主桥振动、桥墩防撞、引桥高墩振动和地震等 ,利用获取的信息分析结构的工作状态 ,评估结构的可靠性 ,为大桥的管理和维护提供科学的决策依据     

芜湖长江大桥长期健康监测与报警系统研究

介绍芜湖长江大桥长期健康监测与报警系统的结构体系、总体目标和主要监测内容,同时还介绍该系统的设计方案、总体要求和数据采集、数据库管理与查询的主要功能及安全报警功能。该系统是一套完整的以环境监测、桥梁结构性能监测、列车行车安全监测为主体的由多参数、多种传感器和相关调理仪、多测站及两级计算机局域网构成的综合性大型桥梁结构长期健康监测系统。在监测系统中,采用“小集中”分散数据采集组网方式,通信网络简洁,系统抗干扰能力强、传输速率快、故障率低、检查维修方便,而且运行性能稳定,监测数据结果准确、可靠。全部监测数据实现了边采边显,波形显示形象逼真,刷新速度快,数据库管理科学,查询方便、快捷。     

隧道结构健康监测系统理念及其技术应用

研究目的:近年来,随着传感器技术、信息采集技术及测试分析技术的迅猛发展,基于各种监测手段的实时、连续性的结构健康监测系统在土木工程领域中竞相展开,并在诸如桥梁、水利等工程领域得到广泛应用.地下工程领域中,由于围岩-结构自身的复杂性,结构受力状态的不确定性,一直以来对于隧道结构健康监测的研究鲜有问津.研究结论:通过本文研究,得出了以下几点结论:(1)一个完整的TSHMS系统应由数据采集与传输系统、数据分析与处理系统、隧道结构健康评价及预警系统组成;(2)通过对隧道结构力学演变特征的分析,提出了TSHMS系统中应对二次衬砌的受力特征进行长期重点监控的基本思路;(3)结合隧道工程复杂性及其安全评价“模糊性”的具体特点,在现有常规安全评价体系的基础上引入了模糊综合评判的评价手段;(4)将上述理念应用于苍岭特长公路隧道中,初步建立了一套TSHMS系统,评价结果与实际基本一致,验证了其可靠性.     

基于大数据分析的桥梁健康状况评价

为确保北京地铁线路桥梁结构的安全性,在地铁5号线部分桥梁上安装实时监测系统;对采集到的梁体应力、位移、挠度及裂缝宽度等数据进行分析,确定温度是影响各监测指标的主要因素,温度与各监测指标线性相关,并得到桥梁各评价指标随温度变化的动态预警阈值。通过仿真计算与实测数据对比,验证各监测指标主要受温度影响,受车辆荷载的影响相对较小。提出由单项评估和综合评估两部分组成的桥梁健康状况评价系统框架,并实现系统的开发与调试。该系统目前基本满足北京地铁桥梁监测需求,且具有实时性强、病变部位定位准确等诸多优点。     

斜靠式系杆拱桥浮拖法施工监控

以跨径100 m的斜靠式系杆拱桥为对象,针对浮拖法施工中的单侧拱肋拼装、浮拖施工、两侧框架结构就位、桥面板铺装、索力二次张拉等主要施工工况下结构的受力及变形进行了详细的计算分析。根据计算结果,明确了具体的施工监控内容及测点布置位置,通过施工监控对该桥主要施工过程进行控制,确保成桥后的几何线形和内力状态符合设计要求。研究结果表明:本桥经过有效的全过程监控,成桥后系杆线形理想,主吊索索力及成桥内力与设计状态偏差较小,满足相关要求。本文所述的监控方法及思路可为日后采用同类施工方法架设的长大构件提供一定的参考及经验积累。     

地铁车站结构健康监测研究

首次建立地铁车站结构健康监测系统。运用光纤光栅传感器和振弦传感器,对施工期间的北京地铁10号线国贸站的车站结构进行了一系列监测。光纤光栅传感器和振弦传感器的监测数据吻合良好,捕捉到车站结构上部路面塌陷时结构内部的应变变化,并且监测到地铁车站二衬结构的受力状态。基于水化热理论和混凝土早龄期徐变理论,通过有限元方法,计算了车站结构底板的温度和中层板混凝土早龄期徐变,计算结果和监测数据吻合较好,考虑混凝土早龄期徐变的结果与监测数据更加接近。此外,基于GIS技术,开发了地铁车站结构监测信息管理系统。     

桥梁测力支座监测系统设计与工程应用

桥梁测力支座及相应的监测系统可用于桥梁的健康监测,在普通球型钢支座基础上开发的一种新型桥梁测力支座,通过在支座内部设置测力结构,采用先进的传感器,外部配置数据传输系统实现实时测力及对桥梁施工和运营状态的远程监控。本文介绍了支座和监测系统的结构形式及工作机理,通过试验测定并在沪昆客专北盘江大桥得到工程应用。结果表明:提出的支座结构形式新颖,受力和传力机理明确,经试验室测试数据重复性好,性能稳定;选用的传感器及配套的数据传输系统性能良好,工艺成熟,输出信号稳定准确;研究成果可以监测桥梁结构的施工和运营状态,也可纳入桥梁健康监测系统,亦可供新制式轨道交通桥梁支座监测系统设计参考。     

南京大胜关长江大桥主梁加速度响应的长期监测与分析

针对现有规范对铁路桥梁的振动加速度限值不适用于大跨度高速铁路桥梁的情况,本文通过分析南京大胜关长江大桥桥梁结构健康监测系统长期监测得到的桥梁结构响应数据,研究列车过桥工况下主梁振动加速度峰值的变化规律,并与车速、轴重进行相关性分析。研究结果表明:在单一列车过桥工况下,主梁加速度峰值集中在固定的变化区间,且服从正态分布;桥梁振动加速度峰值与车速不存在线性相关性,与列车轴重存在线性相关性;动应变响应有叠加交汇工况下,加速度峰值约为单一列车过桥工况的1.4倍;现有运营条件下,大胜关桥梁振动加速度响应正常,能保证列车的行车安全。