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。     

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。     

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。     

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。     

大数据背景下的桥梁结构健康监测研究现状与展望

结构健康监测（SHM）技术在许多大型桥梁的运营养护管理中均有应用，但已有监测系统积累的海量数据并未被充分解读。为将大数据技术引入到桥梁SHM数据的处理分析中，首先总结大数据的概念和构成要素；然后分析SHM数据的工业大数据属性，梳理桥梁SHM大数据的研究方向；随后综述包括处理技术和分析方法在内的大数据技术在桥梁SHM中的应用现状，在由数据预处理、数据融合、特征工程、模式识别、可视化构成的大数据分析流程中提出SHM大数据研究的需求和应用场景；最后对大数据技术在桥梁SHM中的前景与驱动力进行展望和讨论。结果表明：SHM大数据研究应以结构状态评估为落脚点；大数据处理技术在SHM的系统框架搭建及数据分析能力扩展方面虽已得到较多应用，但其并非SHM大数据研究的重点；SHM数据融合对大数据分析方法有迫切需求，以实现桥梁SHM数据与外观检测等多源异构数据的多层面融合；深度学习、集成学习为结构状态敏感特征的提取提供了新的算法；有监督、无监督机器学习方法结合海量SHM数据将对结构状态评估下的模式识别问题形成更全面的认知；异常识别、相关分析、迁移学习等方法可为实桥SHM损伤识别提供支撑。研究结果可为SHM领域的大数据研究提供参考。     

香港与内地关于大跨度斜拉桥荷载试验的比较

目前,在各种评定桥梁结构状态的方法中,荷载试验仍然是较为直接的方法,比较香港昂船洲大桥、苏通长江大桥、武汉天兴洲长江大桥的成桥荷载试验异同点发现:香港昂船洲大桥在桥梁结构设计时就已包含健康监测系统的设计,其成桥荷载试验基于英国规范,兼有通车鉴定、为健康监测有限元模型修正提供参数、检定健康监测硬件系统等多样化的目标;内地荷载试验基于相关检测规范,主要面向于竣工验收.建议内地的荷载试验项目考虑有限元模型修正的工作,将修正后的有限元模型作为荷载试验的成果之一提交,为桥梁后续承载力评估提供连续一致的原始资料.对于确定安装健康监测系统的特大型桥梁,应使该系统对桥梁结构的全寿命周期提供连续监测,进而提高管养水平.     

基于《公路桥梁技术状况评定标准》的长大桥梁在线评估体系

结构监测系统已成为长大桥梁的基本配置,运营期产生的海量监测数据是长大桥梁安全及技术状况评估的主要数据来源,如何遵照《公路桥梁技术状况评定标准》所制定的原则设置合理的评估体系是长大桥梁管养领域面临的问题。首先给出了将长大桥梁按结构形式划分为若干受力独立的评估单元的规则,然后以分层综合评估方法为纲,对特定的底层评估指标设计了能适用监测数据为输入的在线评估器以及配套的评定标准,发展了一套优化的评估体系并编制相应软件模块。最后,以东海大桥副通航孔桥的监测数据为例,验证了该评估体系的正确性和适用性。     

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。     

桥梁结构健康监测技术研究进展

桥梁结构的健康监测研究是近年国际学术研究的热点问题之一,涉及许多不同的研究领域,如结构分析、信号处理、计算机采集系统等。该文综述了桥梁结构健康监测的研究现状,对以往有关桥梁损伤识别和健康诊断方法进行了总结和评价,讨论了各种方法在理论和实际应用中的优点和存在的问题,分析了当前桥梁结构健康监测的技术困难和发展方向。     

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。     

基于挠度指标的中小跨径桥梁健康监测系统设计

针对中小跨径桥梁健康监测资金投入少、监测规模小、监测指标少的问题,该文通过常规监测指标的适用性分析,通过对背景工程结构受力分析,对比在常规交通荷载作用下,挠度与应力监测的适用性、经济性,选择挠度作为背景工程的监测指标,设计了桥梁健康监测系统。     

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。     

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。     

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。     

桥梁汽车活载特征分析与设计值研究

该文对北京市近年来车辆荷载的类型及轴载数据进行了详细的分析与处理,选取了具有代表性的实测荷载数据,采用一定的计算方法对其进行分析后,得出实际车辆荷载的计算代表值,并与规范设计值进行了对比,总结了两者之间车辆荷载的特征与差异,并提出了北京地区的汽车设计荷载建议值,可为北京地区的桥梁维修加固及未来北京地区制定汽车荷载设计规范的地方标准提供参考。     

基于监测数据的永宁黄河公路大桥动力特性分析

首先介绍频域分解法理论基础和算法实现,然后以永宁黄河公路大桥为背景,介绍结构健康监测系统在实际桥梁中的应用,基于监测数据采用频域分解法进行桥梁结构动力特性分析,将识别结果与成桥荷载试验和理论计算结果进行对比,验证了频域分解用于大跨度桥梁结构运营模态分析的可靠性和有效性,识别结果可以作为桥梁结构安全状态等级划分与评定依据的一项重要指标。     

大型桥梁健康监测系统多源异构数据集成研究

大型桥梁健康监测系统具有传感器数量巨大、种类繁多、通信方式多样、组网形式灵活等特点,数据的多源性和异构性十分突出,给数据集成带来了很大的困难。该文针对桥梁健康监测的应用需求,设计一套多源异构数据集成方案,不仅实现多源异构数据的结构化存储,还提出“结构化通信”的概念,实现结构化的通信配置、统一的通信控制和灵活的数据处理,使数据采集系统的通信配置管理更加标准化和规范化,提高代码的简洁性和可维护性,进一步提高大型桥梁健康监测系统软件平台的集成化水平。该文提出的方案在九江长江公路大桥结构健康监测系统中进行了应用,结果表明：系统界面简单易用、运行稳定可靠,具有一定的实用价值。