混凝土梁桥应变监测分级预警阈值设定研究

为更好地利用健康监测数据对桥梁状态进行评估,以某在役桥梁为工程依托,通过对应变监测数据、温度数据的分析,得到应变-温度回归方程。采用监测应变值与回归方程计算值相减,得到可变荷载作用下的应变残差。将某时间段内应变残差的最大值与荷载试验最不利工况的应变监测变化值作为低、高级预警阈值。结果表明,温度变化与混凝土应变之间为线性强相关,监测应变值与回归方程计算值的残差主要由可变荷载引起,针对应变残差设定的分级预警,能够对结构进行有效预警。     

基于荷载试验和监测系统的某大跨度悬索桥结构状态评估

为进一步了解大跨度桥梁的结构状态,本文通过对桥梁荷载试验期间的监测系统实时监测数据、现场试验测量数据和大桥有限元模型模拟计算数据的对比挖掘分析,以定量化的形式通过与结构状态相关的参数指标,评估桥梁的结构状态。以国内某新建大跨悬索桥为例,通过安装的健康监测系统采集桥梁在静载试验条件下各控制截面的挠度、应变、振动等结构响应实时监测数据,计算桥梁挠度和应变特征值,采用频谱分析等方法计算大桥的模态参数,然后基于挠度、应变、模态参数的监测结果与现场试验测量结果、有限元模型计算结果的对比分析,并参照现场荷载试验评定方法,评估桥梁的结构状态。实验结果表明:监测系统时程数据可观测到明显的加载和卸载情况,监测系统运行良好,在试验荷载下桥梁处于弹性工作状态,整理受力状态良好,大桥结构整体刚度满足设计荷载的正常使用要求。作为新建桥梁,该评估结果还可作为桥梁的初始状态,作为后续评估桥梁结构状态和健康监测系统工作状况的参考基准。     

基于应变比的桥梁损伤识别与评估方法

为了研究如何应用桥梁健康监测数据对桥梁关键部位损伤进行识别,从而对桥梁健康状况进行有效评价,解决桥梁结构监测数据分析利用方面存在的实用性不强的问题,通过在结构的测试断面和基准断面分别布设一定数量的应变传感器,采用桥梁应变影响线理论,建立了一种基于应变比的桥梁损伤识别与评估方法。分析了大量车辆荷载作用下桥梁应变响应监测数据,利用测试断面与基准断面对应部位的应变比推演出结构刚度退化矩阵,再利用封闭交通情况下测试车辆产生的荷载效应准确获得应变比矩阵和刚度退化矩阵。为分析对于开放交通条件下难以获得准确应变比矩阵的问题,利用随机信号分析理论及统计技术分析应变比的概率分布规律,发现在交通荷载作用下,一定监测周期内测试断面自身不发生损伤时其应变比众值基本保持不变,证明可根据应变比分布规律的变化对测试断面进行损伤识别。提出了封闭交通情况下测试断面快速损伤识别及开放交通条件下的损伤识别方法。将这一方法推广应用到桥梁健康监测系统中,以青银线济南黄河大桥为例,对该方法的有效性进行了验证。结果表明,该方法效率高,精度好,通用性强,能够实现封闭交通下桥梁损伤快速精准识别与评估和开放交通状态下桥梁损伤定期在线识别。     

中小跨径桥梁结构安全状态评估研究

针对目前中小跨径桥梁健康监测系统及结构安全状态评估相关研究不足的情况,以万埠大桥为工程背景,通过安装在桥梁结构上的健康监测系统获得实时监测数据,对桥梁结构应变及倾角数据进行分析处理。基于统计学原理,采用损伤预警理论中的无模型指标训练法对万埠大桥进行安全状态评估,通过该法计算得到桥梁结构应变及倾角值的安全阈值,将监测系统实时监测数据与安全阈值进行对比,评估桥梁安全状态,为桥梁管养部门管理决策提供依据,也为今后中小跨径桥梁安全评估提供实例借鉴。     

基于应变能量函数的桥梁损伤识别方法

为了解决传统损伤识别方法在桥梁健康监测方面的不足,借助频响函数法损伤识别的理论基础,建立应变监测数据功率谱密度函数与桥上通行荷载集群的对应关系,进而提出应变能量函数的概念,并提出了应用应变能量函数进行结构损伤识别的理论方法。在大量分析车辆荷载作用下桥梁结构应变响应监测数据的基础上,结合桥梁结构振动理论、信号处理技术以及数据分析理论,对利用应变信号能量函数进行桥梁结构损伤评估进行验证。通过在桥梁关键部位安装一定数量的应变传感器和一套动态称重系统,以固定周期对时段内的各测点的应变能量函数进行求解,利用统计分析技术得到能量函数计算值的概率分布规律,基于监测系统的工作特征,研究制订了在线损伤识别评估的方法和流程。最后以青银线济南黄河大桥为例,采用数值仿真和实测数据对该方法的有效性进行验证。结果表明,该方法效率高,精度好,通用性强,能够实现随机车流下桥梁结构损伤实时在线识别评估。     

基于荷载试验修正的桥梁健康监测系统研究

传统荷载试验能保证对桥梁技术参数检测的准确性,但无法实现持续性。依托项目采用荷载试验对桥梁健康监测(以下简称监测)系统准确性进行验证。试验证明:桥梁监测系统采用的基康振弦式应变计所测出的应变值与荷载试验电阻式应变片所测出的应变值有一定偏差,但相差不大,可以根据荷载试验采集的数据进行修正;桥梁监测系统静力水准仪所测出的挠度值与荷载试验全站仪所测出的挠度值相差较小。桥梁监测系统的竖向振动传感器测试结果与荷载试验测试数据相差较小。因荷载试验采用灵敏度更高的电阻式应变片进行短期加载,数据更可靠,监测系统采集的应变数据可根据荷载试验数据进行修正后使用,文中也给出了一种简单的修正方法,为桥梁监测系统实施提供参考。     

实测车辆荷载作用下桥梁位移响应及其相关性分析

为研究实测车辆荷载作用下桥梁的位移响应,以安庆长江公路大桥为工程背景,基于参数修正方法建立有限元模型,计算得到跨中位移影响线;基于动态称重系统(WIM)及拍照系统提取车流数据,将实际车流信息施加于位移影响线,分析实测车辆荷载下桥梁跨中位移的反演值,并与GPS系统监测得到的位移值进行对比。结果表明:基于车辆荷载反演桥梁位移响应的方法能较为准确地反演出车辆过桥时主跨跨中位移值的变化情况,车辆荷载作用下桥梁跨中位移存在时滞效应,选取120s用于修正安庆长江公路大桥GPS监测值和反演值时程曲线,消除时滞效应后两者吻合较好;车辆荷载不仅引起桥梁下挠,同时造成位移响应振荡效应,且荷载越大振荡效应越明显;单车辆荷载作用下GPS监测值与反演值两者相差小于10%,多车辆荷载作用下两者相差较大。该方法可为桥梁健康监测以及GPS监测值校验提供参考。     

基于结构监测数据的PC连续梁桥实时位移校验系数研究

针对校验系数计算，传统的荷载试验方法需临时封闭交通，限制车辆行驶，难以对桥梁性能进行实时评估。随着桥梁监测技术的快速发展，可实时获取桥梁关键运行参数，为实现桥梁性能的不停车实时评估提供了可能。基于某3跨PC连续梁桥车辆荷载及实时位移监测数据，采用带通滤波、最大值样本概率分析等方法对车载作用与位移响应进行关联分析，并提出实时校验系数计算方法。结果表明：1)以0.001 Hz为分界频率，对实时位移数据进行带通滤波分析，可实现车载及温度作用下位移响应有效分离；2)车载作用下跨中位移最大值概率分布符合极值Ⅰ型分布规律；3)选用跨中位移概率密度分布峰值为特征值计算校验系数，可有效评估桥梁性能。     

基于监测的拱桥吊杆车辆荷载效应模型

针对目前尚无拱桥吊杆车辆荷载效应概率模型的问题,利用监测数据研究建立了拱桥吊杆实际车辆荷载效应模型。介绍了某钢管混凝土拱桥吊杆车辆荷载效应监测系统的组成模块及各模块的功能,通过监测系统采集获得了579个吊杆实测车辆荷载效应监测数据。以所得监测数据为研究对象。采用统计方法,分析了吊杆实际车辆荷载效应截口分布类型;采用蒙特卡罗模拟法,分析了设计基准期内吊杆车辆荷载效应最大值分布类型。结果表明,拱桥吊杆车辆荷载效应截口分布服从对数正态分布;设计基准期内车辆荷载效应最大值服从广义极值分布;利用监测数据建立的吊杆车辆荷载效应模型可以较好地反映桥梁的实际车辆荷载情况。     

预应力混凝土连续梁桥应变监测预警阈值研究

在桥梁健康监测系统中,预警系统是其重要组成部分,对海量监测数据设定合理的预警阈值至关重要。该文通过分析沈阳绕城高速某桥的长期应变监测数据,计算实测数据的特征参数,分析其数据变化特征,再将其与梁体温度进行回归拟合,分析温度变化对混凝土应变监测数据的影响,再对数据进行正态性检验,选取海量监测数据的常态阈值,作为S级预警阈值,并计算优化后的理论模型计算值,分别以其80%、100%和120%作为C级、B级和A级预警阈值。通过以上方法共设定4级应变预警阈值,且目前监测数据均未超过预警阈值,桥梁结构处于安全状态。笔者提出的预警阈值已应用于该桥健康监测系统中。     

基于活载效应统计过程控制的桥梁健康诊断方法

根据砼桥梁结构监测信息的多尺度特点,针对马桑溪长江大桥的跨中部分测点的挠度和应变实测信息,通过小波变换的方法对缓变信息和瞬变信息进行了分离,提取了其中的活载效应,并利用X控制图的统计过程控制原理,实现了桥梁健康的无模型诊断。通过对比相关测点的荷载试验数据进行验证,所提挠度和应变的活载效应信息的变化幅度与荷载试验结果一致,健康诊断结果也与桥梁的实际状态相符。     

基于ANFIS的环境激励下桥梁结构应变响应预测分析

为准确预测复杂环境荷载作用下混凝土连续梁桥结构应变响应，基于结构健康监测系统长期实测数据，分析桥梁结构温度场变化规律，进而基于主成分分析及自适应神经网络模糊推理系统，建立桥梁结构温度场与桥梁结构应变响应的复杂非线性关系。首先，利用小波分解技术分离环境荷载及车辆荷载作用下的桥梁结构实测应变响应；然后利用平行坐标轴，分析混凝土连续梁桥结构温度场变化规律，并利用主成分分析提取结构温度场实测温度数据主成分；最后基于自适应神经网络模糊推理系统，以应变测点处温度数据、桥梁结构温度场实测温度数据主成分和采样时间点数据为输入数据，分别建立不同输入变量组合与应变响应的复杂非线性关系，并对比分析不同工况下结构应变响应的预测精度。结果表明：桥梁结构各测点处实测温度数据变化趋势基本一致，同侧测点实测温度数据高度相关，但桥梁结构上、下表面测点温度变化存在明显差异，仅考虑应变测点处温度变化，难以准确预测桥梁结构应变响应；当考虑桥梁结构温度场变化时，能更精确地建立温度与应变响应之间的关系模型，进而基于实测温度数据准确预测桥梁结构应变响应；当缺乏结构温度场实测温度数据时，将采样时间点作为反映桥梁结构温度场变化规律的参数，可取得较好效果。     

桥梁健康监测数据的结构化存储与分析

大跨桥梁一般都安装有规模不等的结构监测系统,对桥梁的环境荷载、运营荷载、桥梁特征和桥梁响应等参数进行实时监测。因各系统的开发者和监测内容各不相同,导致积累的海量原始数据结构定义各异,开发利用较困难,形成了信息孤岛。该文以9座大桥健康监测系统为例,对桥梁健康监测数据进行调研、梳理和分析,给出长大桥梁结构监测数据的格式规范,提出自动初步处理与人工专业分析的两步数据处理方法。研究结果表明:针对海量原始监测数据提出的规范化命名、结构化存储方法行之有效,可为桥梁健康监测系统的开发应用、数据结构定义、接口交互和采集提供规范参照;经过该文提出的数据处理方法处理后的数据与原始数据相比,其容量大幅减少,可保证处理后的数据量不超过原始数据量的5%,可为长大桥梁数据分析和挖掘利用工作奠定基础。     

桥梁应变监测技术及应变数据解耦研究

为了得到温度作用下桥梁主梁的应变变化,基于振弦式应变计所采集的应变原始数据,通过滑动平均的方法进行数据解耦。首先,在上海市吴淞大桥主跨四等分截面安装振弦式应变计,实时监测主梁的应变变化,得到1个月内的原始数据;其次,提取温度升高时段的应变数据,采用二次滑动平均法进行数据解耦;最后,通过回归分析,比较滑动平均前后应变和温度的1阶线性拟合判定系数,证明二次滑动平均法可提取由于车辆荷载导致的桥梁主梁应变变化。     

多源数据分析在桥梁运营监测中的应用

国内某运营实桥A在人工巡查时主观判断该桥梁左右侧挠度可能存在差异情况,为此对桥梁运营实时监测中的挠度、应变、温度等多源数据按照每日不同时段、每年不同季节进行相关比对分析,结果发现:1)桥梁A左右两侧挠度、应变监测数据表现出很好的一致性,监测数值的微弱差距主要由车辆荷载偏载以及温度差异引起; 2)左侧挠度标准差大于右侧,是由于左侧路面存在破碎带进而引起左侧桥梁车辆冲击系数大于右侧。建议管养单位在后续静载试验时,重点分析两侧挠度数据变化情况与行车冲击系数间的关系。     

大跨度结合梁斜拉桥温度场及温度效应分析

为研究大跨度结合梁斜拉桥的温度场及所产生的效应,以望东长江公路大桥为背景进行分析。基于该桥结构健康监测系统1年的温度监测数据,分析该桥日照温度场分布规律,提出结合梁、桥塔竖向温度梯度以及斜拉索与桥塔、主梁温差的计算模式;采用该计算模式得到的温度荷载,对结构的温度变形效应进行有限元分析;最后通过EMD法提取主梁主跨跨中受温度影响的挠度响应。结果表明:钢主梁的竖向温差较小;斜拉索与桥塔、主梁的温差较大,对主梁挠度温度效应起决定作用;采用空间杆系单元建立的斜拉桥模型在温度荷载作用下的挠度计算值偏保守。     

钢-混凝土组合梁桥温度场与温度效应研究综述

组合结构桥梁由热工性能差异显著的钢材和混凝土构成，温度效应往往成为控制其设计和应用的关键因素，因此，对其温度场和温度效应进行准确地计算与评估具有重要的科研价值与工程意义。对组合结构桥梁温度场与温度效应开展了综述研究。首先，对各国桥梁规范温度荷载的规定进行归纳对比，讨论不同规范中温度荷载计算方法的特点，总结中国现有规范对全国气候划分的分辨率不足、对日照辐射的考虑不够完善等有待提升之处；其次，对国内外桥梁温度场与温度效应研究的发展与现状进行调研，重点分析中国钢-混凝土组合结构桥梁温度场与温度效应的研究进展，对现有研究的不足进行讨论；再次，提出基于可靠度理论的组合结构桥梁设计温度荷载模型，可使用气象部门统计的温度统计资料，通过MATLAB高效数值模型计算形成组合结构桥梁温度场时程数据，进一步利用极值模型获得桥梁设计的温度荷载代表值，快速、高效地实现对桥梁地理信息、结构参数等因素的考虑；最后，以北京地区典型3跨连续直线组合梁桥为算例，对连续钢-混凝土组合桥梁的温度效应展开研究。提出的基于可靠度理论与MATLAB的钢-混凝土组合结构桥梁设计温度荷载模型，可实现任意地区组合结构桥梁温度场的精确计算并显著提升计算效率。     

基于监测数据的拱桥吊杆冲击系数快速估算方法研究

为快速、准确评估拱桥吊杆振动冲击效应,提出一种基于连续动力监测数据的拱桥吊杆冲击系数快速估算方法。该方法以日常交通荷载作用下吊杆连续动力响应数据为基础,对实时冲击系数进行频次统计,得到标准日概率密度谱;采用车-桥耦合振动数值方法计算吊杆冲击系数,确定与之对应的标准日概率密度谱分位点,给出分位点合理取值建议,并以该分位点的实时冲击系数作为快速估算值。将该方法应用于一座刚性吊杆钢拱桥中,基于动应变监测结果,统计7根吊杆实时冲击系数概率分布,结合车-桥耦合振动数值计算结果进行分析,得到:日常交通荷载作用下,吊杆实时冲击系数概率密度曲线具有良好的稳定性,标准日概率密度谱合理;建议取实时冲击系数标准日概率密度谱上85%～90%分位点对应的实时冲击系数作为吊杆冲击系数快速估算值。     

连续刚构桥健康监测应变多元回归分析

桥梁健康监测是桥梁运营过程中对桥梁结构运行状态实时掌握的一种重要方式,但是对连续刚构桥梁来说,桥梁所在环境温度整体升降以及温差的变化对连续刚构来说受力相当复杂,本文采用多元回归的方式处理采集的应变数据,旨在剔除温度影响的应变值,得到车辆活载引起的应变值。     

桥梁健康监测系统在线结构分析及状态评估方法

为实时在线评估桥梁结构实测荷载与响应状态的相关性,提出桥梁健康监测系统的在线结构分析及状态评估方法。编制有限元分析程序内核,在程序内核中内嵌桥梁结构有限元模型,通过授权的数据库接口,读取健康监测系统中的实时荷载数据,对荷载数据进行统计分析,然后计算结构的理论响应值,并与健康监测系统中的结构实测响应值进行对比,对结构行为进行评估。某桥主桥为主跨460m的五跨连续双塔双索面半飘浮体系斜拉桥,应用该方法对该桥进行在线分析和状态评估,评估结果显示,根据实测荷载分析得到的结构响应和实测结构响应吻合较好,结构荷载和响应具有线性相关性,结构运营正常。