基于健康监测的高铁大型桥梁运营性能评定

研究目的:桥梁健康监测技术不断发展,但基于健康监测的结构损伤识别、性能评定等尚存困难。针对大胜关长江大桥基于健康监测的性能评定问题,本文主要研究实用的基于健康监测数据的桥梁运营性能评定方法及其指标体系。研究结论:(1)基于大胜关长江大桥静动力特点,提出基于健康监测数据的直接评定、变化量评定以及综合评定方法;(2)应用加速度监测数据结果开展直接评定及变化量评定,实测最大时段峰值加速度-121.54 mm/s2均小于计算值、正常值及安全限值,两时段实测加速度极值变化量与方差的比值最大为0.628,表明桥梁振动并不显著且振动变化也小,并得到"优良"、"无损伤"的综合评判结论;(3)验证了评定指标体系的适用性以及大胜关长江大桥良好的运营安全性,可为类似桥梁性能评定提供参考。     

基于健康监测系统的非对称外倾蝴蝶拱桥健康状态评估方法研究

通过分析成都市一座非对称外倾蝴蝶拱桥健康监测系统得到的监测数据,基于静力识别的统计对比诊断法对桥梁恒载工作状态进行评估;基于监测数据的直接评定法对桥梁活载动力特性进行评价;基于雨流统计法、线性累计损伤准则等理论对桥梁吊杆、系杆进行疲劳损伤预测分析;基于常规统计分析方法和灰色关联度分析方法判识传感器数据缺失、失真、重复等异常状态,评估系统运行情况。通过评估分析发现该桥运营状态良好,实现了对该桥运营初期力学状态及系统自身运行状态的有效评估。     

基于并行图卷积网络的无砟轨道监测测点异常识别

针对在服役过程中高速铁路无砟轨道结构健康监测可能出现由结构局部损伤或者传感器故障导致的测点异常问题,建立一种并行图卷积神经网络模型,来识别高速铁路无砟轨道监测测点的异常。采用结构早期初始状态的监测数据训练并行图卷积神经网络,获得结构初始状态下的测点数据之间的空间关联性;利用并行图卷积神经网络预测服役状态无砟轨道测点监测数据,实现轨道监测测点异常的识别;此外,对明显漂移的数据可基于有向图分析修正预测结果。将该方法应用于某高速铁路无砟轨道结构长期监测数据并识别了异常测点。     

桥梁结构健康监测基于相关性分析的多源数据预测算法研究

通过大数据预处理和分析技术,对位移、应变、风速、温度、湿度和索力等桥梁监测数据进行分析。首先使用傅里叶变换和小波变换,分析了不同监测数据类型之间的相关性,之后通过Bi-LSTM多源预测模型验证了相关性分析的结论。结果表明：位移信号与温度信号之间具有负相关性、位移信号与湿度信号具有正相关性,引入相关性强的桥梁监测数据建立多源预测模型能有效提高预测精度。研究结果对桥梁结构健康监测数据的关联分析与挖掘有参考价值,可为桥梁的日常养护、监测运营和应急管理提供决策依据。     

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。     

基于监测数据的铁路桥梁结构健康状态评估

铁路桥梁作为铁路线上的一种大型结构物,如何保证其在运营期间保持良好的健康状态,对保障铁路运输安全畅通具有重要的意义。对于大型铁路桥梁结构,借助健康监测系统对其进行实时监测,并利用监测数据对其健康状态进行评估,这已成为工程界研究的热门课题。以健康监测系统收集到的原始数据为基础,引入桥梁健康指数BHI来表征铁路桥梁的健康程度,提出了一种适用于铁路桥梁健康状态评估的加权评分法。根据武汉长江大桥的实际监测数据,运用该方法对其进行了健康状态评估。结果表明:该方法简单易懂,可操作性强,评价结果合理可信。     

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。     

高速铁路大跨度桥梁运营监测系统研究

从高速铁路大跨度桥梁运营养护需求出发,结合大跨度桥梁的结构特点,采用自动化监测与电子化人工巡检相结合的运营监测系统。监测系统包括自动化监测、电子化人工巡检、数据分析处理及数据管理。监测内容包括桥址环境、外部荷载、结构响应、动力特性、特殊设备和结构表观病害。对监测数据采用统计分析、趋势分析、特征值提取、相关分析、回归分析等分析方法,从而掌握大跨度桥梁在运营阶段的力学行为,提供桥梁养护管理决策。监测系统具有实时在线信息查询、统计报表等功能。本文提出的监测系统设计方案已应用于京沪高铁南京大胜关长江大桥和石郑铁路客运专线郑州黄河公铁两用桥的运营监测,减少了人工检测的工作量,为养护管理人员提供了大量的监测数据。     

下白石大桥健康监测系统的设计与研究

以跨径布置为145 m +2×260 m +145 m的下白石连续刚构桥为工程背景,介绍该桥健康监测系统的总体目标、监测内容、仪器选择、测点布置、信号采集与传输和安全报警等.采集系统实现静力和动力数据综合采集与控制,包括加速度、动位移等动态特征及应变、温度、支座位移和线形等静态信息.星型传输系统可保证各个采集子站的独立性和抗干扰能力,并采用多模光纤和电话网络实现数据远距离传输、远程监控和现场无人值守.该健康监测系统工作正常、性能稳定、监测数据可信.通过对监测数据的初步分析,表明下白石大桥没有异常发生,目前桥梁基本处于安全状态.     

桥梁健康监测系统中的大数据分析与研究

由于分布在桥梁上的传感器长时间连续地采集数据,传输的数据量非常大,传统的桥梁健康监测系统不能够完全应对海量监测数据,为此,提出了一种基于K线图时间片驱动的滑动窗口数据流处理模型,对传感器网络中的数据流进行快速有效地采集,并且能够减少桥梁监测的数据存储量。基于单一服务器节点的索力统计评估系统,在分析海量数据时存在计算瓶颈,利用集群的分布式并行计算,提出了基于Map/Reduce的索力并行处理模型,实验结果表明,在该模型下处理索力监测历史大数据,可以明显减少专家系统的分析评估时间。     

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。     

采用光纤传感器对既有桥梁加固效果监测研究

介绍测量系统原理,提出光纤传感器在桥梁监测中的布设方案.从挠度分析处理机制、桥梁动载弯矩测量与处理、桥梁横向振幅和自振频率、测量数据方面,阐述采用光纤传感器对既有桥梁加固效果监测原理.采用光纤光栅传感器对桥梁加固前后的挠度、动载弯矩等参数进行监测,可对桥梁加固前后健康状态进行精确判断,建立完整的桥梁加固检测方案,实现对桥梁横隔板加固前后的健康状态评估,为桥梁加固质量评定提供依据,为桥梁新的加固技术提供参考数据.     

一种基于峰值计数的铁道车辆晃车评判方法

晃车现象普遍存在于铁道车辆中，成为影响旅客乘坐舒适性的重要因素。为了更好地评估铁道车辆在日常运营过程中的晃车程度，在原有评判体系的基础上，提出了一种基于峰值计数的晃车评判方法。该方法以车体横向加速度为研究对象，从时域的角度统计加速度峰值分布情况，同时兼顾了不同振动频率对人体舒适性影响的差异性。以某型动车组实测振动信号为例，计算对比了2种方法在评判结果上的一致性。分析结果表明，基于峰值计数的晃车评判方法与原有横向平稳性指标在晃车评判上具有很好的一致性，可以有效地识别车辆在运行过程中的晃车现象，并进行晃车等级的划分。文章通过动车组实测数据对该方法进行了验证，该方法同样可以推广应用于其他速度等级的铁道车辆中。     

基于希尔伯特-黄变换的铁路桥梁结构健康监测

桥梁结构健康监测直观检查法具有一定的局限性。新的基于希尔伯特—黄变换(HHT)的非破坏性桥梁结构健康监测方法,依赖于瞬变荷载测试和简便的数据收集,核心是近年来针对非稳态和非线性时间序列分析而新发展起来的HHT,由经验模态分解和Hilbert谱分析构成。该方法对桥梁结构健康性的最终判断依据是基于数据的非线性特征、自由振动和强迫振动的频率对比、桥梁对轻荷载及重荷载的响应。该方法的优点是:无需以前的数据,简便的数据采集,最少程度地干扰交通,以及细微差别的精确定量解释。工程实例的分析结果表明这种新方法应用于铁路桥梁结构健康监测的可行性。     

石济客专济南黄河桥健康监测系统总体设计

研究目的:随着高速铁路大型桥梁的快速建设,铁路大型桥梁的健康监测愈来愈成为高速铁路运营安全及检修维护的重要保障。石济黄河公铁两用桥为(128+3×180+128) m刚性悬索加劲钢桁梁结构体系,本文结合该桥的结构特点及运营养护维修需求,研究该桥健康监测系统的设计方法。在结构静动力分析的基础上,提出监测内容及设计原则,全桥布置157个测点,桥上及监控中心设备总数397台。对传感器子系统、数据采集与传输子系统、数据处理与控制子系统、中心数据库子系统、结构安全预警与分析子系统及用户界面子系统六大子系统进行详细设计,探索健康监测系统在铁路大跨桥梁上应用的可行性,从而为铁路桥梁开展长期健康监测奠定基础。研究结论:(1)铁路桥梁健康监测系统布点设计需同时考虑静态及动态监测指标,并与成桥静载、动载试验相结合;(2)传感器选型要遵循耐久可靠、技术先进、方便更换维护及经济合理的原则;(3)数据采集及传输宜采用光纤环网进行组网设计,监控中心宜设置在铁路局工务段调度中心,便于养护维修与设备管理;(4)预警指标的确定应结合铁路设计、检定规范以及运营阶段计算承载力共同确定;(5)本研究成果可在铁路大跨桥梁健康监测项目中推广应用。     

京张高铁官厅水库特大桥健康监测系统设计

官厅水库特大桥是京张铁路中的关键控制工程,采用8-108 m简支拱型钢桁梁的结构形式和拖拉顶推施工技术,是目前我国高铁桥梁中的一种特殊类型。由于大桥结构复杂且施工工艺较为特殊,为确保大桥在运营期间的桥梁结构安全并掌握性能变化规律,拟针对大桥建立长期健康监测系统。针对大桥的主要技术特点,系统介绍了大桥健康监测系统的总体构架、测点优化布置、监测内容及监测方法、信号采集与处理等内容,提出了大桥挠度、振动、应力应变及环境参数的监测方法和监测技术,完成了数采系统方案设计和健康监测评估系统构架,形成了一套完整的大跨度钢桁梁拱桥健康监测系统方案,研究成果可为我国类似工程提供参考。     

基于桥梁动力响应差和提升小波变换识别梁桥损伤

基于损伤桥梁在移动车辆荷载下的动态响应特点以及提升小波变换在奇异性检测方面的优越性能,提出了对不同大小移动车辆荷载作用下的单点桥梁加速度响应差值进行提升小波变换,通过提升小波系数峰值识别桥梁损伤的不依赖无损模型的损伤检测方法。数值分析表明,该方法可以有效识别不同程度、不同位置和多处桥梁损伤。其次,讨论了不同测点位置、荷载速度、噪声水平对损伤识别效果的影响,表明该方法具有较好的抗噪性;测点距离损伤位置越近,损伤识别效果越好;当荷载速度过大时,损伤信息易被淹没,损伤效果变差。     

重载铁路钢桁梁健康监测系统设计及应用北大核心

从钢桁梁运营维护需求出发,结合重载铁路桥梁的结构特点,采用自动化监测与电子化人工巡检相结合的健康监测系统实现多源数据的集成与管理。以朔黄重载铁路64 m双线钢桁梁为工程背景,对加速度、振幅、应力、挠度数据进行分析并基于1/3倍频程谱进行桥梁状态评估。结果表明,桥梁运营状态良好,钢桁架梁健康监测系统可为桥梁的后期运维提供决策依据。     

沪杭高铁运营期桥梁地基处理效果评价北大核心

沪杭高铁跨越滨海平原、湖沼平原和杭嘉湖平原,各地貌单元内均衡分布特大桥8座。为探讨沪杭高铁运营以来上部结构的沉降变化规律,评价各特大桥地基的处理效果,评判各地貌单元地基土的压缩特性,按照现行规范技术要求,建立了全线线下沉降监测基准网。本文对各特大桥沉降监测数据进行了分析,结果表明,沪杭高铁运营期间大部分桥梁沉降已趋于稳定,且沉降量远小于规范限值。     

沪杭高铁运营期桥梁地基处理效果评价

沪杭高铁跨越滨海平原、湖沼平原和杭嘉湖平原,各地貌单元内均衡分布特大桥8座。为探讨沪杭高铁运营以来上部结构的沉降变化规律,评价各特大桥地基的处理效果,评判各地貌单元地基土的压缩特性,按照现行规范技术要求,建立了全线线下沉降监测基准网。本文对各特大桥沉降监测数据进行了分析,结果表明,沪杭高铁运营期间大部分桥梁沉降已趋于稳定,且沉降量远小于规范限值。