中国长大跨桥梁结构安全监测系统研发现状及趋势

大型桥梁结构的健康监测(SHM)及安全评估是近年来国内外的研究热点,为了确保结构的安全,避免损伤的积累或灾变的发展,越来越多的研究机构和工程部门开始关注这个问题.本文介绍了中国大跨径桥梁结构安全监测系统的实施现状,内容包括传感器系统、传输系统、安全评估和整体结构的应用情况,说明了近几年中国桥梁结构健康监测系统的发展情况和未来趋势.     

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GPS的南浦大桥动响应监测及刚度损伤预估

为了建立实测动响应与大跨径桥梁健康状况的紧密联系.建立了基于GPS的南浦大跨桥梁结构健康监测系统,提出了基于实测动挠度的整桥刚度损伤预估方法。首先根据桥梁结构仿真计算结果及GPS系统的监测特点,建立了桥梁动态线形变化的实时监测系统;然后根据监测数据分析了桥梁运营过程中的结构动响应分布规律,最后通过有限元迭代的方法,进行了桥梁整体刚度损伤的预估。分析结果表明,提出的南浦大桥GPS监测系统能有效地对桥梁进行关键受力部位的实时在线监测,评估方法建立了实测数据与结构健康状况的紧密联系,为实桥局部损伤定位及维护提供了理论基础。     

基于健康监测系统的东海大桥桥梁结构养护管理体系的构健

根据东海大桥的实际情况,构建了基于健康监测系统的桥梁结构养护管理体系,提出了预测式、评估式大桥养护管理策略。以实时监测、定期监测及人工检查相结合的方法,设计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。对桥梁数据信息管理系统进行了功能设计,提出桥梁健康状态监测系统的应用方式,扩展并完善了桥梁健康监测的概念。     

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。     

基于统计及形态特征指标的桥梁线形监测评估

为探讨大跨度桥梁线形实时在线监测及安全评估方法,以武汉阳逻长江公路大桥为工程背景,建立了液压差半封闭式连通管线形监测系统,介绍该桥健康监测系统中线形监测的测点布置、采集方案策略,重点研究了以统计及形态特征为指标的桥梁线形监测加权评估方法。研究表明:该系统能够实时在线监测并评定桥梁线形变化特征,且测试精度高、长期稳定性好;统计及形态特征指标集单个测点与全部测点数据评估为一体,可有效运用于大跨度桥梁线形监测的状态评估。     

基于GPS(RTK技术)的江顺大桥空间位移变形监测系统

随着全球定位技术的发展,空间位移监测已被广泛应用于桥梁结构的安全与健康监测。该系统可以实时测量地球表面点的三维坐标,并使用差分定位,精度高达厘米,并且不受天气和能见度条件的影响。本文介绍了江顺大桥结构安全与健康监测系统,介绍了桥梁空间变形监测的技术特点和监测方案设计。根据建立的结构自动化实时监测系统,对从桥梁各结构监测点得到的数据进行统计分析。结果表明,全球定位技术可以实现对桥梁空间变形的实时动态监测和状态评估。     

蔡家嘉陵江特大桥长期健康监测系统的设计及实施

基于蔡家嘉陵江特大桥工程基础,结合现代化的传感技术和自动远程监控技术,提出基于结构健康评价模型的桥梁长期健康监测系统,研究其各个子模块的集成方案及协同工作。该系统对桥梁结构状态进行长期实时监测与评估,能够在恶劣天气、混乱交通及出现紊乱的运营状态时及时地发出预警信号。通过该系统在蔡家嘉陵江特大桥中的运行实践证明:该系统功能完备、可靠性高,可为桥梁维护、维修与管理决策提供依据。     

桥梁结构状态评估方法研究现状与展望

桥梁老龄化日益严重,桥梁安全状态成为广泛关注的问题,对桥梁进行合理的状态评估有助于桥梁管理养护和危险预警,保证桥梁正常运营。首先介绍了桥梁健康监测系统,分析监测系统存在的问题。其次分别从试验、数据分析和数字孪生方面介绍了桥梁评估方法的研究现状,然后阐述了桥梁状态评估的发展与挑战,综合分析表明目前结构健康监测系统仍存在较多问题,试验方面基于动力测试的损伤识别和基于视觉监测的桥梁状态评估都有自身的局限性,海量的监测数据需要进行有效的处理,BIM技术下的桥梁健康监测系统能实现监测与养护一体化运维管理,数字孪生技术将为桥梁状态评估带来新的可能。     

大跨径连续梁桥健康监测技术工作方案探讨

以国内外桥梁健康监测及状态评估理论及技术为基础,结合大跨连续梁桥结构特点和发展需要,分析了桥梁健康监测及状态评估系统的组成、设计,以实桥为例,对大跨径连续梁桥健康监测及状态评估技术工作方案进行了详细的介绍。依次探讨了传感器与数据采集系统、数据预处理与传输系统、数据库管理系统、综合评估决策与自动安全预警智能系统的设计方案,可进一步推动大跨径混凝土健康监测技术的理论研究,该系统的建立可为同类型桥梁的健康监测提供借鉴,对进一步提高公路桥梁的管养水平具有重大意义。     

苏通大桥结构健康监测及安全评价系统简介

介绍苏通大桥结构健康监测及安全评价系统的技术设计成果,结合对近年来桥梁健康监测系统研究所取得的主要进展和尚待进一步研究的关键性问题的综合性评述,阐述了苏通大桥结构健康监测与安全评价系统的系统构成、系统目标、布点策略、监测仪器的选择、损伤识别及安全评价方法策略等问题,并对大跨桥梁结构健康监测及安全评价系统的发展方向进行了探讨。     

桥梁健康监测技术研究现状及展望

为进一步推进桥梁健康监测技术的发展,保障桥梁运营安全,依据近20年国内外桥梁健康监测（BHM）领域的学术研究现状,总结了BHM在系统及适用性、结构损伤监测算法、监测数据预处理、损伤结构安全预警及数字孪生技术方面取得的最新进展,确定BHM技术目前的研究热点和未来的发展方向。综合分析表明：在BHM系统及适用性方面,研究结构响应参数与健康指标的关联机制,研发长寿命非接触自动采集的智能传感装置,建立针对多源数据采集、传输、存储、分析、评价、预警于一体的自动化、网络化、智能化综合系统是重点研发方向;在结构损伤监测算法方面,设置针对异质场景的不同人工神经网络及修正方法选择建议集,针对多源信息流构建基于数据驱动与模型修正实时交互的多层级耦合智能算法是主要研究热点;在监测数据预处理方面,进一步研发基于深度学习的多源异构数据融合方法,建立复杂环境影响下的损伤结构动态信号提取算法,实现结构监测数据的精准分离是未来研究的热点;在损伤结构安全预警方面,研究重心集中于预警指标和预警体系的建立以及基于可靠度理论与监测数据的常规损伤安全评估,以结构监测数据反映总体力学行为并结合局部损伤的智能检测信息进行服役性能评价是未来的主要发展方向;数字孪生技术在BHM中尚属起步,将数字孪生技术融入多层级复合算法,建立结构多源异构大数据智能融合机制,形成数字联通、实时互动的智能化桥梁运维监测体系是重要发展方向。     

斜拉桥结构体系可靠性评估理论研究进展

介绍斜拉桥结构体系可靠性评估理论的发展概况,对国内外具有代表性的评估方法进行了系统的分析,重点阐述了斜拉桥结构体系可靠性评估方法的整体框架及其工程应用。在此基础上,讨论了斜拉桥结构体系使用安全可靠性评估领域存在的一些问题和发展方向。     

基于云平台的大型桥梁管养系统研究

针对重庆东水门长江大桥和千厮门嘉陵江大桥管养工作的海量数据管理,基于云平台技术,开发了一套大型桥梁综合管养系统,其涵盖经常检查、定期检查和特殊检查在内的检查数据管理、加固维修数据管理和健康监测系统监测数据管理。除基本的数据录入、查询功能外,该管养系统还具有结构损伤识别、结构安全评估等功能,可适用于不同类型桥梁的管养工作。     

杭州市桥梁在线安全监测管理信息系统的开发

杭州市桥梁在线安全监测管理信息系统可对交通干道的大型桥梁、高架道路和大型立交的结构安全进行长期远程在线监测、实时安全评估、维护管理和突发事故处理。该系统由信号采集、网络传输、安全评估与决策支持等系统组成。该系统的设计方法和关键技术可为针对监测内容多、测点分布广、传感器类型多的大型复杂在线监测系统的设计提供借鉴和参考。     

基于三维动态模型的桥梁与公路视觉安全协调性评价研究

近年来,随着我国交通事业的快速发展,交通安全问题越来越受到人们的关注。公路和桥梁是交通系统中的重要部分,应保证其使用的安全性。为了评价桥梁与公路系统视觉安全方面的协调性,保障交通安全,从道路使用者的视觉特性入手,深入分析桥梁与公路视觉安全协调性的各组成要素并建立三维动态仿真模型。在三维模型的基础上,研究桥梁与公路视觉安全协调性构成的要素,确定桥梁与公路视觉安全协调性影响评价的指标体系及其评价因子,提出以桥梁和公路视觉安全为评价尺度的桥梁与公路视觉安全协调性评价体系。     

近30年桥梁基础冲刷研究进展及关键问题

近年来，基础冲刷导致的桥梁灾害频发，冲刷已成为威胁涉水桥梁安全的重要原因。基于前人已有的成果，对近30年来桥梁基础冲刷领域的相关研究进行了系统分析。首先采用信息量化分析技术给出了近30年桥梁基础冲刷研究的创新研究成果参数，呈现了冲刷研究领域的知识结构体系，探索了其研究热点。研究结果表明：①桥梁基础冲刷研究论文数量呈现上升趋势，特别是最近几年论文数量增速加快，研究热度提高，其中一些主要文献表现出很高的被引用频率，受到研究人员的重点关注；②研究成果主要集中于桥梁基础冲刷机理、冲刷深度预测、现场监测方法和冲刷防护措施等方面；③研究的新兴热点涉及复杂桥梁基础周围的三维流场特性分析、基于不同算法和随时间演变的冲刷深度预测。此外，对跨海桥梁基础冲刷研究的进展进行了分析，总结了不同条件（水力特性、沉积物条件、基础结构形式及空间布置方式等）对跨海桥梁冲刷的影响；阐述了现有冲刷深度分析方法应用于跨海桥梁冲刷深度预测时存在的问题；对比分析了几种冲刷监测方法的优点、不足及精度影响因素；指出跨海桥梁基础冲刷需要加强对复杂海域环境下桩基冲刷机理、冲刷深度预测及冲刷安全监测评估方法的研究。最后提出：桩-土-潮流相互耦合作用的局部冲刷机理研究、排除水流及悬浮泥干扰的实时监测设备研发、考虑围垦等人类活动对跨海桥梁基础冲刷影响及包括冲刷在内的多灾害分析将是今后研究发展的趋势。     

面向安全的悬索桥综合监测系统框架研究

针对悬索桥梁安全监测中各子系统分散的现状,构建一种涵盖结构、交通、环境等信息的桥梁安全综合监测系统框架,并提出系统功能及数据集成与挖掘关键技术,该综合监测系统通过统一平台集成桥梁结构健康监测、主缆除湿监测、供电设施电力监测、交通运行监测、外界环境监测等子系统的信息资源.     

南京市哪吒河排涝方案研究

以南京市江宁区哪吒河为研究对象,调查其来水与排水情况,分析过程中将河道概化为小水库,按现状工况计算河道流量和调蓄水深,按规划工况计算河道流量和河口泵站规模,最后提出排涝建议方案。