基于健康监测的钢桁梁桥结构承载力可靠性评估

桥梁结构健康监测系统能有效监测桥梁结构上的各种作用及结构效应,可为准确评估桥梁结构状态提供信息。以一座钢桁梁桥健康监测数据为基础,研究基于健康监测的钢桥构件承载力可靠性评估方法,分析应变信号的特点,并根据一段时间内的健康监测数据对桥梁结构进行承载力可靠性分析,建立基于随机车辆荷载模型的桥梁承载力可靠性评估方法,探讨温度效应对结构承载力可靠指标的影响。结果表明:由移动车辆振动引起的钢桥构件应变很小,移动车辆荷载产生的静力响应对构件承载力可靠指标起控制作用;随机车辆荷载模型能较好地模拟实际列车通行情况,结合有限元方法,能快速对钢桥构件承载力进行可靠性评估;考虑温度效应后构件承载力可靠指标有所减小,且温差越大,变化越明显。     

基于Hilbert-Huang变换的桥梁损伤预警

基于结构损伤会引起结构状态微小突变理论,利用Hilbert-Huang变换(HHT)的时频分析特性,结合动力测试信号的Hilbert谱和分解后IMF分量中的突变点,判断结构发生损伤的时间,实现对结构的损伤预警。运用该方法对1座3跨钢桁梁进行的损伤预警数值分析结果表明,基于HHT的结构损伤预警方法能够从实测结构反应信号中提取出结构的动力特性与损伤信息,从而准确地预警桥梁结构损伤发生的时刻,且该方法可以面向实时数据,适合在役桥梁结构的健康监测。对该方法抗噪性的研究结果表明,其预警效果随着噪声水平的提高不断下降,但随着损伤程度的增加,该方法对噪声水平的敏感度有降低的趋势。     

基于多桥支座振动信号联合分析的列车荷载类型识别方法

在重型列车荷载反复作用下,桥梁结构易发生损伤与破坏,因此识别列车荷载作用类型可为管理部门提供桥梁可靠运营信息。目前既有的列车荷载类型识别方法往往基于桥梁结构局部力学响应建立,其忽略了整条线路中多点监测数据的关联,识别结果易受复杂环境影响。针对此问题,提出一种基于多桥支座振动信号联合分析的列车荷载类型识别方法。首先利用构建的桥梁支座健康监测视觉分析系统提取多桥支座的动位移数据,提出通过FFT信号相关分析对多桥支座振动数据进行时间同步,由此获得多点监测数据的联合表征;然后,将构建的多点监测数据联合表征可视化为灰度图像,并将列车荷载类型识别建模为图像识别问题;提出利用ShuffleNet-V2轻量级识别网络对构建的多点监测数据联合表征图像进行分类,由此识别不同类型的列车荷载。最后通过实际的桥梁支座健康监测系统进行测试,实验结果表明在复杂环境下多桥支座振动信号联合表征可获得良好的图像分类特征,而构建的轻量级识别网络可精准识别列车荷载类型,验证了本文方法具有很好的普适性与应用前景。     

轻轨桥梁高墩结构动载试验与振动特性分析

以某城市的跨座式单轨交通桥梁为工程实例,通过对其高墩结构进行振动特性试验,并基于有限元理论对高墩结构进行分析计算。结合实测数据,采用信号处理分析中的方法 FFT变换和HHT变换进行试验结果分析,以此分析高墩结构的振动特性,并对比两种方法的分析结果,发现HHT变换分析方法优于FFT变换。通过实测值与理论值对比分析,发现高墩结构基频实测值高于理论值,表明高墩结构的实际刚度大于理论结果。通过对高墩结构的振动特性进行分析,表明高墩结构动力性能良好,能满足规范及运营要求。     

高速列车气浪对人行天桥冲击响应的振动监测方法研究

本文对洛阳龙门高铁站跨线人行天桥桥体振动的原因进行分析,使用在线振动监测系统现场采集大量的数据,结合该桥的有限元模型分析结果,确定了高速列车气浪激励的桥梁结构振动是引起旅客通过时不舒适感的主要因素。同时,验证了该系统监测的数据有效可靠,实测值能够用于桥梁结构分析。     

基于EMD和随机减量技术的大型桥梁模态参数识别

结合南京长江大桥结构健康监测信号,提出将经验模态分解(EMD)与随机减量技术(RDT)相结合进行结构模态参数识别的方法。对于环境随机激励,经EMD分解后的结构模态响应,实际上由自由振动响应和外荷载引起的强迫振动响应2部分组成,可应用RDT得到对应模态的自由振动响应,从而识别结构的频率及阻尼。通过与有限元及谱分析结果相比较,证明了将EMD与RDT相结合的方法识别非平稳振动信号模态参数的有效性和合理性,适合于大型桥梁结构的模态参数识别。     

大跨刚性桁梁柔性拱健康监测力学分析

九江长江大桥的主桥采用了(180+216+180)m的刚性桁梁柔性拱结构,结构受力复杂。文中对该桥进行了危险性分析,并且建立了有限元模型进行静力和动力计算。通过对计算结果的分析和总结,得到了桥梁的静力荷载下的危险点和动力荷载的监测重点,为九江大桥科学布置测点和安装健康监测系统提供了重要数据与参考。     

大跨度铁路桥梁健康状态评估的统计对比诊断方法研究

利用桥梁结构长期健康监测系统获取的大量数据,结合大跨度铁路桥梁的结构受力特点,提出了一套基于静力识别的统计对比诊断桥梁结构整体性能的评估方法。其基本思路是:先根据桥梁结构完好状态下监测系统所采集到的环境变量(包括环境温度、湿度及荷载等)与结构响应变量的大量样本,采用统计分析的方法建立环境变量与结构响应变量之间的函数关系;在诊断和识别桥梁结构是否异常时,将实测环境变量代入以上函数,预测结构的响应量值,并计算出实测响应量与预测响应量的差值,再将这个差值与事先拟定的诊断标准进行比较,判别桥梁结构是否发生异常。这种方法可以综合考虑多种因素对结构响应量的影响,有望实现对桥梁结构健康状态的实时评估。     

基于环境振动的既有预应力连续刚构桥地震响应分析

建立了基于环境振动的既有预应力混凝土连续刚构桥的地震响应分析方法。该方法主要包括现场环境振动实验与系统参数识别、桥梁有限元建模、基于动力的有限元模型参数修正、桥梁地震波选择以及桥梁动力时程反应分析等步骤。利用该方法进行了泉州后渚大桥———五跨预应力混凝土连续刚构桥的动力时程反应分析,结果表明:必须考虑竖向地震动和行波效应的影响,最不利截面位于墩梁结合面和墩底。此类分析对于桥梁养护与维修、长期健康监测具有重要的意义。     

重载铁路水冲受损桥墩适应性分析及加固控制技术

以受洪水冲刷的一座重载铁路浅基桥墩为对象，基于现场试验、数值模拟、在线监测等方法，研究大轴重运输条件下冲刷程度、荷载类型等因素对水冲受损桥墩刚度、稳定性和动力响应的影响。基于安全运营需求，提出一种实时监测+定期监测的加固施工安全监控方法，并开展实际工程应用研究。结果表明：冲刷引起墩台基础土体流失和约束降低，导致桥墩刚度减小、稳定性下降和振动加剧；随着冲刷深度增加，桥墩与主梁振动响应逐渐增大，桥墩自振频率逐渐降低；大轴重列车作用下，随着列车速度和轴重增加，桥梁振动响应逐渐增加，桥梁振动响应与列车速度、轴重均成线性关系。对结构振动响应和墩台变位进行加固施工安全监控，发现加固过程中基础开挖和冲击钻孔是关键施工控制环节，且导致了桥梁横向振动显著增加，而基础加固施工对桥墩结构横向振动影响较小，且各项施工内容对结构沉降、水平位移和纵向振动的影响相对较小。     

基于运营性能的高速铁路大跨度桥梁健康管理探讨

面向我国高速铁路大跨度桥梁结构特点和管养现状,研究提出基于运营性能的高速铁路大跨桥梁健康管理总体思路。通过高速轨检车轨道几何周期巡检结果和有砟道床捣固指数,建立基于灰度理论的捣固指数预测模型,为桥区有砟轨道线路养修提供依据。基于健康监测数据,分别引入ARMA模型、神经网络法及三分之一倍频程谱方法对桥梁结构整体状态实时预警。提出梁端伸缩装置和大吨位支座桥梁关键部位专项监测技术,构建了基于钢轨横向偏移量和伸缩装置疲劳应力变幅的梁端伸缩装置评定方法,以及基于累积位移的支座耐久性预测与评估方法。研发了基于BIM的大跨度桥梁故障预测与健康管理系统,提出了桥梁状态分层分级评估方法,融合多源数据进行历史趋势分析、故障诊断与预测,为实现高速铁路大跨度桥梁健康管理奠定了基础。     

桥梁测力支座监测系统设计与工程应用

桥梁测力支座及相应的监测系统可用于桥梁的健康监测,在普通球型钢支座基础上开发的一种新型桥梁测力支座,通过在支座内部设置测力结构,采用先进的传感器,外部配置数据传输系统实现实时测力及对桥梁施工和运营状态的远程监控.本文介绍了支座和监测系统的结构形式及工作机理,通过试验测定并在沪昆客专北盘江大桥得到工程应用.结果表明:提出...     

大型桥梁健康监测研究进展

回顾桥梁健康监测的发展历程。介绍桥梁健康监测系统的组成、监测内容功能及特点。对信号分析与处理的传统谱分析方法与小波变换、希尔波特黄变换(Hilbert Huang)进行比较。介绍最新的信号时频分析方法希尔波特黄变换的具体算法,及其在结构参数识别、损伤识别、消除实测南京长江大桥应变信号中的对讲机干扰等方面的具体应用。对动力指纹分析法、模型修正与系统识别法、神经网络法、遗传算法5种损伤检测方法的基本原理、特点及发展动态进行概述和总结,指出神经网络技术结合遗传算法是结构损伤检测的发展方向之一。     

宁安铁路安庆长江大桥长期监测方案设计研究

宁安铁路安庆长江大桥主桥为双塔三索面钢桁梁斜拉桥,属于高次超静定结构,具有很强的非线性,受力情况复杂。为了及时反馈桥梁服役情况,确保线路安全运营,亟需建立一套长期监测系统。根据安庆长江大桥的主要技术特点,确定大桥的监测内容、监测方法、测点布置位置、数据采集与传输方法和预警与评估方法,形成一套针对安庆长江大桥的长期监测方案。研究成果可为我国类似大跨度桥梁长期监测方案的制定提供参考。     

基于大数据分析的桥梁健康状况评价

为确保北京地铁线路桥梁结构的安全性,在地铁5号线部分桥梁上安装实时监测系统;对采集到的梁体应力、位移、挠度及裂缝宽度等数据进行分析,确定温度是影响各监测指标的主要因素,温度与各监测指标线性相关,并得到桥梁各评价指标随温度变化的动态预警阈值。通过仿真计算与实测数据对比,验证各监测指标主要受温度影响,受车辆荷载的影响相对较小。提出由单项评估和综合评估两部分组成的桥梁健康状况评价系统框架,并实现系统的开发与调试。该系统目前基本满足北京地铁桥梁监测需求,且具有实时性强、病变部位定位准确等诸多优点。     

高速铁路桥梁雷达非接触测试技术研究

研究目的:我国高速铁路已超过3万公里,桥梁里程占比较大,桥梁数量众多、桥型多样、结构复杂,未来将面临大规模的检测和养护任务。因高速铁路的封闭式运营,桥梁检测的安全性及时效性要求较高,亟待研究发展线外远程非接触的测试技术,为高速铁路安全运营提供技术保障。研究结论:(1)差分干涉微波雷达具有连续、动态、远距离非接触和全天候、全天时等优点,能对高速铁路桥梁的结构参数进行在线监测;(2)在保证铁路正常运营的条件下,在线路外对武汉天兴洲长江大桥拉索频率以及铁路层桥面动态挠度进行了监测,取得了较好的效果,具有推广借鉴意义;(3)雷达对多根拉索的中部动态形变同步进行有效测试,振动信号显著及频率分辨率高,不仅能够提取拉索本身各阶频谱,而且能够准确提取桥梁结构整体的模态频率;(4)雷达测试技术可广泛应用于高速铁路桥梁结构力学参数的在线诊断,对结构的健康状态进行评估。     

光纤光栅传感器在桥梁缺陷检测和结构健康监测中的应用

阐述了桥梁缺陷检测和结构健康监测的背景和意义,介绍了桥梁主要缺陷和结构健康监测内容,并对光纤光栅传感器的结构、工作原理、应用特点及其在国内外实际工程中的应用进行了概述,最后给出了光纤光栅传感器在桥梁缺陷检测和结构健康监测中的应用。     

隧道结构健康监测系统理念及其技术应用

研究目的:近年来,随着传感器技术、信息采集技术及测试分析技术的迅猛发展,基于各种监测手段的实时、连续性的结构健康监测系统在土木工程领域中竞相展开,并在诸如桥梁、水利等工程领域得到广泛应用.地下工程领域中,由于围岩-结构自身的复杂性,结构受力状态的不确定性,一直以来对于隧道结构健康监测的研究鲜有问津.研究结论:通过本文研究,得出了以下几点结论:(1)一个完整的TSHMS系统应由数据采集与传输系统、数据分析与处理系统、隧道结构健康评价及预警系统组成;(2)通过对隧道结构力学演变特征的分析,提出了TSHMS系统中应对二次衬砌的受力特征进行长期重点监控的基本思路;(3)结合隧道工程复杂性及其安全评价“模糊性”的具体特点,在现有常规安全评价体系的基础上引入了模糊综合评判的评价手段;(4)将上述理念应用于苍岭特长公路隧道中,初步建立了一套TSHMS系统,评价结果与实际基本一致,验证了其可靠性.     

大跨径连续刚构桥安全性评估的基准有限元模型

以八尺门连续刚构桥为背景,结合其健康监测系统,探讨监测数据处理和安全性评估通常值、限值确定方法。基于健康监测进行该桥有限元模型动力修正和模型验证,得到该桥基准有限元模型;利用基准有限元模型确定桥梁安全性评估安全阈值。结果表明:该桥监测系统能满足桥梁健康监测和安全评估基本需要,基于健康监测长期统计通常值确定方法和基于基准有限元模型的安全阈值确定方法可为健康监测系统设定安全预警值提供依据,满足桥梁安全性评估要求。