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。     

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。     

混凝土桥梁应变监测的时变温度效应分离方法

温度对桥梁应变监测值的影响极大,往往使得荷载引起的应变响应湮没于应变的温度效应中。该文以北京市二环某连续梁桥的监测数据为背景,研究了一种从桥梁健康监测系统的应变监测值中实时分离温度效应的方法。根据对不同季节的温度及应变监测数据进行分析,提出采用时变多元线性拟合方法建立温度作用与应变之间关系的模型。该模型参数随时间动态变化,可长期使用,对在线监测系统中的应变监测值进行实时修正。分离温度效应后的应变仅由荷载作用产生,可用于桥梁结构的预警、荷载识别和安全评估。     

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。     

大跨度钢箱梁斜拉桥健康监测数据分析

军山长江公路大桥为主跨460m双塔双索面钢箱梁斜拉桥,2001年12月建成通车,2011年建立健康监测系统。为评价该桥长期运营后的整体和局部力学状态,并评估监测系统运行状况,对该桥健康监测数据进行分析。依据健康监测系统实时监测的海量数据,采用恒载状态参数比较法和活载效应统计最值包络法对结构的整体和局部力学性能指标进行分析评价;基于线性累积损伤准则和疲劳强度曲线进行钢箱梁疲劳分析;通过比较斜拉索振动时程与理论控制阈值,判断斜拉索发生有害振动及抑振措施的失效;通过统计监测数据完整率、有效率及相关参数实测数据的对比分析,评价监测系统运行稳定性和可靠性。分析结果表明:该桥整体力学性能良好;钢箱梁局部存在疲劳破坏风险;斜拉索存在有害振动;健康监测系统运行稳定,数据可靠。     

大跨度钢箱梁斜拉桥健康监测数据分析北大核心

军山长江公路大桥为主跨460m双塔双索面钢箱梁斜拉桥,2001年12月建成通车,2011年建立健康监测系统。为评价该桥长期运营后的整体和局部力学状态,并评估监测系统运行状况,对该桥健康监测数据进行分析。依据健康监测系统实时监测的海量数据,采用恒载状态参数比较法和活载效应统计最值包络法对结构的整体和局部力学性能指标进行分析评价;基于线性累积损伤准则和疲劳强度曲线进行钢箱梁疲劳分析;通过比较斜拉索振动时程与理论控制阈值,判断斜拉索发生有害振动及抑振措施的失效;通过统计监测数据完整率、有效率及相关参数实测数据的对比分析,评价监测系统运行稳定性和可靠性。分析结果表明:该桥整体力学性能良好;钢箱梁局部存在疲劳破坏风险;斜拉索存在有害振动;健康监测系统运行稳定,数据可靠。     

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。     

大桥监测预警系统超限阈值合理性研究

九江长江大桥为大跨径钢桁梁拱桥，结构复杂，大桥开通运营至今约30年。随着桥梁结构服役时间的增长，长期经受恶劣环境的影响，加之铁路列车提速和货运列车轴重上升，使得桥梁结构极易出现疲劳损伤、功能退化、局部破坏等问题，甚至引发严重的安全事故。大桥作为特殊桥梁结构健康监测系统建设试点桥梁中唯一的一座公铁两用桥，准确合理的超限阈值对监测系统发挥着至关重要的作用，本桥采用有限元计算方法，结合大桥结构受力状况，根据仿真计算值、规范容许值、监测数据历史统计值以及桥梁环境状况等设定超限阈值，可供钢桁梁拱桥参考和借鉴。     

基于ARMA的桥梁监测信息预测技术研究

为解决桥梁结构健康监测中长期累积的海量监测数据处理问题,采用数据挖掘中的时间序列分析方法,利用自回归移动平均(ARMA)技术对桥梁历史静态监测量进行分析,直接得出关于其过去行为的有关结论,进而推断其未来发展趋势。与基于因果关系的结构式模型预测法不同,ARMA无需明确模型结构或边界条件,而是直接从统计学的角度预测变量未来发展情况。采用该技术对西安白蛇峪大桥应变监测数据进行分析,试验结果显示出较高的预测精度;采用该技术对重庆偏岩子大桥的应变、挠度、裂缝、倾斜监测量进行预测,试验统计结果表明,ARMA单步预测误差小于10%的置信度在97%以上,在工程实际中具有可实用性,可为桥梁结构的安全预警提供重要参考依据。     

基于长期健康监测的公路大型桥梁运营状况评估研究

针对某预应力混凝土连续刚构桥基于健康监测数据的运营状况评估问题,通过对海量监测数据的处理筛选,并结合桥梁结构有限元分析,提出采用校验系数λ(应力或位移监测值与计算值的比值)作为桥梁运营状况评定指标的方法,探讨了健康监测数据在桥梁运营状况评估中的应用,为类似桥梁的基于健康监测数据的桥梁运行性能评定提供了参考。     

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。     

飞鸟式钢管混凝土拱桥健康监测系统研究

以东莞水道特大桥为背景,根据该桥桥型及结构受力特点,对该桥进行系统全面的结构受力分析计算,以作为大桥健康监测系统测点布设方案、元器件选型以及安全评估决策分析的依据;叙述了飞鸟式钢管混凝土拱桥健康监测系统构成及各子系统的组成。其中子系统包括:1自动化传感监测系统;2结构安全综合评估子系统。介绍了静态参数监测系统的各传感子系统的部分监测结果,监测数据表明桥梁各监测指标处于正常的变化范围,桥梁总体处于安全、可控的运营状态。     

河北省海儿洼桥健康监测系统应用研究

通过使用海儿洼桥健康监测系统,对监测到的桥梁重要部位的实时数据进行分析,使我们能够对桥梁的变化做到长期的、连续的监测。同时,摸索出监测系统的规律,积累了应对异常数据和排除设备故障的经验,为科学应用好海儿洼桥健康监测系统打下基础,保证海儿洼桥的健康运营。     

基于小波变换和ARIMA模型的桥梁健康监测数据分析

为了对桥梁健康监测系统采集的海量数据进行深入挖掘,使其在结构评估中效用最大化,将监测数据视为一维信号,以小波变换、时间序列分析为工具,对某四跨连续刚构桥挠度监测数据进行了分析,研究探讨了该方法对于监测数据分析的适用性。对于监测数据进行离散小波变换,根据小波变换系数分析得出了结构监测数据的发展趋势,同时可过滤掉数据信号中已缺失细节信息的系数,重构信号,对该重构信号进行时间序列分析,采用最小二乘法进行参数估计,建立了重构信号的ARIMA预测模型,成功对某大桥某时刻后未来一定时间的挠度进行了预测。研究结果可以预测桥梁结构在未来某周期内的运营状态信息,对于结构运营状态监测预警有积极的意义。     

西江特大桥荷载试验期间主梁纵向水平位移分析

以汕(头)湛(江)高速公路清远清新云浮新兴段西江特大桥为背景,通过分析结构健康监测数据和成桥荷载试验数据,研究了大跨度悬索桥主梁纵向(顺桥向)水平位移随车辆荷载位置的变化规律。研究表明,在车辆静力加载下,悬索桥主梁可产生顺桥向位移,运动方向可由主梁和车辆系统重心位置的变化而变化;结构健康监测系统能提供准确、连续、实时的监测数据,有助于揭示桥梁的实际工作状态。     

Bridge Health Monitoring Data Distortion Recognition Algorithm Based on Data Changing Rate

监测信息的数据失真识别是桥梁结构长期健康监测系统的核心问题之一.针对桥梁结构长期健康监测系统监测信息的海量数据中由于仪器设备失效或环境干扰而导致的数据失真问题,结合数据变化率和聚类变化等数学统计方法,提出基于数据变化率的识别算法.该方法主要是对比数据之间的结构特性,首先建立相应结构参数的结构特性数据库,然后训练出该类型参数的安全系数以及变化率阈值,并通过数据库的不断更新和扩大来提高安全系数和阈值的精确性,最后通过验算实时采集数据的变化率是否超过对应的样本阈值来判别该数据是否失真.通过对佛山平胜大桥长期健康监系统采集的主塔偏位和环境温度数据进行失真识别验证,表明了该算法在实际工程中运行的有效性和可靠性.     

波形钢腹板刚构桥健康监测预警值的计算研究

波形钢腹板梁桥近年来被广泛应用于中小跨度桥梁，其在运营期的结构性能是养护单位关注的重点。因此，这类桥梁在建设期往往就构建了结构健康监测系统，监测系统中的预警值设定得是否合理成为监测系统有效发挥作用的关键。以某实际波形钢腹板连续刚构桥梁工程为例，借助有限元计算方法，研究了波形钢腹板刚构桥健康监测系统中预警值的设定方法。结果表明，文章中的预警值设置方法科学合理，可得到符合桥梁运营管养需求的监测预警值，可为同类波形钢腹板连续刚构桥梁工程提供参考和借鉴。     

桥梁健康监测数据分析研究综述

基于采集到的海量桥梁监测数据,从信号处理与数据挖掘角度全面系统地阐述已有监测数据的处理方法,将数据处理流程归纳为“数据预处理”“结构安全预警”“结构状态及损伤识别”＂结构综合评估＂4大模块,并对各模块中现有信号分析方法及其应用实例予以介绍,为桥梁结构的健康监测数据分析进行概括性总结。     

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。     

桥梁监测数据采集系统设计与实现

桥梁监控系统作为传感器与现代通信技术和网络技术的产物,通过对数据的收集和分析,实现对大型桥梁的安全监控和预警,在维护桥梁正常运营的同时,保障人们的生命和财产安全。对此文章设计了基于Zigbee无线传感器网络技术的桥梁健康监测数据采集系统,并对系统的硬件和软件部分的设计进行了深入阐述。通过该系统可对数据进行现场处理、分析、存储和预警。