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。     

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。     

基于挠度监测数据的在役桥梁结构安全状态评估方法研究

该文从桥梁结构安全评估的需求出发,分析在役桥梁挠度成分特点及信号特征,提出一种结合突变点检测和稳健回归的自适应基线校正方法。该方法提升了监测数据的质量,结构安全评估采用实时监测数据和长期趋势数据相结合,实时监测数据和动态称重数据相融合的方法,对某桥梁上部结构运行安全状态进行了评估。     

基于SVM的桥梁状态监测方法

随着交通领域的迅速发展,保障桥梁安全、降低维护费用成为普遍关注的问题。以振动分析为基础、广泛借助信息技术的理论和方法,进行桥梁状态监测成为当前的研究热点。考虑到的桥梁损伤样本很难获得、个体差异使得损伤数据难以共享的实际问题,本文将桥梁状态监测归结为异常监测问题,引入基于SVM的一类学习算法从长期监测数据中获取正常状态的模式,实现异常状态的精确报警。文中采用香港汀九桥400小时实测数据,验证了这种方法的实际效果。     

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。     

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。     

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。     

基于机器学习的超大跨度悬索桥健康状态评估

随着桥梁健康监测系统及其应用的不断完善,采用机器学习进行桥梁健康状态评估成为必要趋势。以超大跨度悬索桥为研究对象,基于桥梁监测数据与机器学习算法,建立了一种以提取结构损伤特征为目标的回归网络,并以峰值系数法和连续小波变换法作为对比,采用密度聚类法对桥梁结构的健康状态进行评估。结果表明:采用改进四分位距法可有效消除监测数据中的异常跳点,回归网络提取的损伤特征与密度聚类法在桥梁健康状态评估中的适用性良好。研究成果为机器学习下的超大跨桥梁健康状态评估提供了理论借鉴和方法参考。     

高速铁路桥梁动力响应监测数据分析方法及其应用

为在桥梁结构健康监测系统中实现监测数据的自动分析,根据高速铁路桥梁上的列车荷载特点,提出了一种简单、有效的数据分析方法。该方法利用主梁跨中竖向变形数据确定列车过桥时刻,提取此时刻前后时间段内高信噪比的加速度数据,进行频谱分析获得结构的自振频率,并将该方法应用在渝利铁路韩家沱长江大桥的健康监测系统中。结果表明:该方法实现了程序化自动分析,因提取了高质量的数据,分析结果的识别率由不到80%提高到超过98%;因避免了列车引起的附加质量对分析结果的影响,分析结果的误差减少了2.97%~4.87%。     

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。     

永久散射体合成孔径雷达在桥梁沉降监测中的应用

为了对公路桥梁等重点结构物进行沉降监测,及时发现异常状况并建立预警系统,采用永久散射体合成孔径雷达(PS-InSAR)对桥梁结构进行毫米级精度形变监测。通过分析PS-InSAR(PSI)技术原理和关键算法,制订实施步骤和处理流程,进行卫星影像匹配和提取PS数据,将获取数据拟合后与传统测量方式数据进行精度对比,以判断桥梁结构的安全状况。研究结果表明,PSI可以作为桥梁沉降风险评估和制定控制措施的可靠参考依据。     

基于PCA的桥梁静态监测数据频域分析方法

针对桥梁长期静态安全监测数据量大、影响因素复杂、时域信号难于分解等问题,根据桥梁结构响应信号中各种作用效应的周期重现规律,采用快速傅里叶变换在频域内对多种组成成分进行分离,去除或减小活荷载效应、短时温差效应以及随机干扰误差的影响。利用PCA提取低频段主分量信息用以表征桥梁结构运营状态,为在役桥梁的管养提供科学参考依据。理论推导及实桥案例证明该方法有效,为桥梁安全监测数据分析提供了一种新颖手段。     

基于物联网技术的桥梁健康监测与安全预警技术研究

基于物联网技术概念及应用情况,将物联网技术应用于桥梁健康监测与安全预警领域,以提高桥梁安全运营管理的水平和效率。针对桥梁健康监测传感器的选择和优化布设,监测数据的采集与传输,桥梁健康监测系统架构和功能,桥梁安全预警模型研究等方面探讨了应用中涉及的关键问题,为桥梁的安全运营和日常养护管理工作提供科学决策依据。     

基于IFC标准的BIM技术对桥梁健康监测信息的表达

针对桥梁健康监测信息无法标准化表达的问题,提出基于IFC标准的BIM技术对桥梁健康监测信息的表达方法,通过基于属性集的扩展方法对传感器属性信息进行扩展并通过加速度传感器实例验证。建立IFC数据模型与监测信息模型数据成员的链接关系,实现了基于IFC的监测信息扩展及可视化表达并通过桥梁健康监测温度传感器监测数据模拟实验验证。     

中小桥梁安全性能动态监测与分析系统的研究与开发

桥梁管理部门需要及时了解运营中的桥梁结构的安全性能,并根据实际情况安排桥梁养护、维修、改建等工作,保证桥梁结构的安全使用。中小桥梁安全性能动态监测与分析系统对桥梁进行远程动态监控,并根据采集的监测数据对桥梁的实际安全性能进行评估,为养护单位提供维修加固对策。     

高精度静力水准测量系统在桥梁变形监测中的应用

针对目前桥梁变形监测技术存在精度低、无法实现实时监测和易受环境影响等缺点,提出利用基于CCD静力水准仪传感器的自动化监测系统对桥梁变形进行监测。基于对昆明市虹桥路匝道桥施工对既有桥梁结构影响的研究,采用静力水准仪系统对既有桥梁变形进行监测,对该桥不同位置设21个测点,经过长达20 d的监测,变形监测频率为4次/d,共得到1 680组数据。通过选取典型测点的监测数据进行分析,并与精密水准测量进行数据对比,可得静力水准仪系统具有测量精度高、自动化程度高、稳定性好等特点,在桥梁变形监测领域具有较高的推广价值。     

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。     

润扬大桥结构安全监测系统5.12汶川大地震监测数据的分析

以当前国内最先进的大跨桥梁-润扬大桥结构安全监测系统为研究与分析对象,用该系统对5.12四川汶川大地震系统所采集的振动结构响应监测数据进行了分析,从而使我们了解到地震对大跨度桥梁结构的影响情况。     

自动化监测技术在隧道施工安全预警中的应用

通过自动化实时监测技术对公路隧道施工过程中各监测区域的形变量数据实时监测,并结合施工现象和预警方法,对监测数据的变化、突变等进行识别,针对异常监测数据及时分析和安全预警,从而减少或避免工程灾害所带来的损失。以湖南益阳滨江路隧道为依托,采用自动化实时监测预警技术,对隧道现场施工区域的围岩、初衬、边坡以及周边建筑物的变形开展监控量测,辨识监测数据的异常变化及其发展趋势。从监测结果可知,基于该自动化监测预警方法对异常监测数据所对应的监测位置发出安全预警准确可靠,从而保障隧道施工安全。