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。     

基于活载效应统计过程控制的桥梁健康诊断方法

根据砼桥梁结构监测信息的多尺度特点,针对马桑溪长江大桥的跨中部分测点的挠度和应变实测信息,通过小波变换的方法对缓变信息和瞬变信息进行了分离,提取了其中的活载效应,并利用X控制图的统计过程控制原理,实现了桥梁健康的无模型诊断。通过对比相关测点的荷载试验数据进行验证,所提挠度和应变的活载效应信息的变化幅度与荷载试验结果一致,健康诊断结果也与桥梁的实际状态相符。     

大件运输车辆过桥监测系统设计与应用

桥梁健康监测系统可实时反映桥梁运营状态,为大件运输车辆过桥安全预警提供数据。基于中小跨径桥梁受力特点和大件运输车辆过桥需要监测的数据,同时考虑工程应用的经济性和适用性,设计了一套桥梁健康监测系统,并对系统的组成部分进行了详细阐述。以一座连续箱梁为监测对象,应用该监测系统对数据进行现场的采集、处理、传输、分析、存储,并将数据输入预警系统,预警系统判定大件运输车辆可安全通过桥梁。实践表明,该监测系统能够及时、有效地提供桥梁状态信息,为大件运输车辆过桥安全性预警提供了技术性支持。     

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GPS的南浦大桥动响应监测及刚度损伤预估

为了建立实测动响应与大跨径桥梁健康状况的紧密联系.建立了基于GPS的南浦大跨桥梁结构健康监测系统,提出了基于实测动挠度的整桥刚度损伤预估方法。首先根据桥梁结构仿真计算结果及GPS系统的监测特点,建立了桥梁动态线形变化的实时监测系统;然后根据监测数据分析了桥梁运营过程中的结构动响应分布规律,最后通过有限元迭代的方法,进行了桥梁整体刚度损伤的预估。分析结果表明,提出的南浦大桥GPS监测系统能有效地对桥梁进行关键受力部位的实时在线监测,评估方法建立了实测数据与结构健康状况的紧密联系,为实桥局部损伤定位及维护提供了理论基础。     

G325九江大桥斜拉桥健康监测系统

介绍了G325广东九江大桥斜拉桥健康监测系统。该系统包括传感器子系统、信号采集与传输子系统、信号处理与控制子系统、结构状态评估与维护管理子系统。给出了监测系统各类传感器实测的部分结果,与实际情况对比表明,实测数据真实、有效,满足健康监测的要求。     

桥梁实测频率的温度影响分析

基于桥梁健康监测系统的实测数据,研究了桥梁实测频率的温度影响规律,结果表明桥面实测频率在一天内呈周期变化,且总体趋势随温度升高而降低,但桥面频率时程曲线与温度时程曲线有时存在相位差。利用有限元模型分析了桥梁温度变化与频率变化的内在影响机理,结果表明温度导致的弹性模量的改变对频率的影响占主导地位,温度变化量与频率变化量近似成线性关系,并且有限元模拟的频率的温度影响趋势与实测数据的温度影响趋势一致。     

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。     

实测车辆荷载作用下桥梁位移响应及其相关性分析

为研究实测车辆荷载作用下桥梁的位移响应,以安庆长江公路大桥为工程背景,基于参数修正方法建立有限元模型,计算得到跨中位移影响线;基于动态称重系统(WIM)及拍照系统提取车流数据,将实际车流信息施加于位移影响线,分析实测车辆荷载下桥梁跨中位移的反演值,并与GPS系统监测得到的位移值进行对比。结果表明:基于车辆荷载反演桥梁位移响应的方法能较为准确地反演出车辆过桥时主跨跨中位移值的变化情况,车辆荷载作用下桥梁跨中位移存在时滞效应,选取120s用于修正安庆长江公路大桥GPS监测值和反演值时程曲线,消除时滞效应后两者吻合较好;车辆荷载不仅引起桥梁下挠,同时造成位移响应振荡效应,且荷载越大振荡效应越明显;单车辆荷载作用下GPS监测值与反演值两者相差小于10%,多车辆荷载作用下两者相差较大。该方法可为桥梁健康监测以及GPS监测值校验提供参考。     

桥梁损伤自动检测理论初探

自动检测是桥梁健康监测的核心和关键技术之一,在自动检测确定出损伤大致范围的基础上,可以通过人工检查进一步确认或排除损伤点,这可大大减轻损伤检测的劳动强度,节约开支。根据小波变换多分辨率分析的特性和恒虚损处理自动检测原理,形成以小波恒虚损处理方法为核心的桥梁损伤自动检测理论。该方法通过拾取环境噪声作为参考噪声,与试验信号分别经相同小波滤波器输出后,形成统计量作为恒虚损率处理的输入参数,进而对奇异信号进行自动检测。该技术不需要无损桥梁相关资料,并可满足实时动态监测的要求。最后通过算例进行了验证。     

基于深度学习与漏磁探伤的桥梁缆索检测预警系统研究

为准确、全面地评估桥梁缆索的损伤，开发了基于深度学习和漏磁探伤的桥梁缆索检测预警系统。该系统主要由检测平台和预警平台两部分组成，利用检测平台中爬索机器人的高清摄像头和磁传感器列阵收集缆索表面的缺陷图像及漏磁信号数据，随后将缺陷图像输入到深度学习模型中对其进行自动分类与识别，利用小波分析处理漏磁信号数据以确定内部高强钢丝锈蚀缺陷位置，并根据检测到的数据提出了五级预警。为验证桥梁缆索检测预警系统的可靠性，利用该系统对4座在役斜拉桥的缆索进行检测。结果表明：该系统嵌入的深度学习模型和经过小波分析处理后的磁信号能够准确识别桥梁缆索表面的缺陷特征和内部钢丝锈蚀位置；该系统中预警平台可以将检测信息及时发送给管养部门，便于其采取相应的补救措施。     

基于小波分析的大跨径桥梁健康监测数据预处理研究

针对小波分析方法在桥梁健康监测系统中面临的小波基函数合理选择问题,采用一周期性仿真信号作为算例,考察了在其他研究领域内广泛用来进行信号去噪的Haar、Db、Sym、Coif、Bior、Rbio、Dmey等7种小波基函数,选取出去噪效果最显著的Bb8小波基函数.依托已建立的江阴大桥健康监测系统,对具有明显周期性的塔顶GPS的竖向数据进行去噪计算,并将计算结果与采用低通滤波进行去噪的结果进行比较分析.结果表明:由于小波方法采用了比低通滤波方法更为细致的处理方法,其去噪效果比低通滤波方法更有效.     

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。     

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。     

HHT变换在桥梁损伤诊断中的应用

将HHT引入国道104发生严重火灾的桥梁的损伤诊断,通过对提取的响应信号进行HHT分析判定出该桥第4跨发生损伤,与实测结果相吻合,证明了该方法在桥梁健康监测方面应用的可行性,同时与FFT计算结果进行了对比,可以发现通过HHT分析后得到的Hilbert谱能够清晰的反映出结构振动能量随振动频率和时间的分布情况,而且整个过程都是自适应的,优于FFT,同时,HHT可以比FFT更清晰的判断桥梁结构动力响应的频谱特性.     

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。     

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。     

基于AO算法优化VMD参数联合小波阈值的桥梁信号去噪方法

当桥梁进行状态评估和健康监测时，所获得的桥梁信号易受外部环境的干扰，难以反映桥梁结构的真实响应。针对桥梁信号夹杂环境噪声等问题，提出了基于联合天鹰算法(Aquila Optimizer, AO)、变分模态分解(Variational Mode Decomposition, VMD)和小波阈值的去噪方法。该方法首先利用AO算法优化VMD的参数，然后用VMD对含噪声的信号进行自适应分解，再去除方差贡献率较小的模态，最后对剩余的模态进行小波阈值去噪处理，重构信号得到去噪后的真实信号。对模拟信号和桥梁动应变的实测信号分别进行分析，结果表明：基于AO算法优化VMD参数联合小波阈值的去噪方法能有效滤除噪声信号，且去噪效果优于单一的小波阈值去噪、EMD联合小波阈值去噪以及EEMD联合小波阈值去噪等常用的去噪方法，研究成果可为桥梁信号的去噪处理提供有意义的参考。     

大跨预应力混凝土连续梁桥的预应力损失识别

大跨预应力混凝土连续梁桥预应力损失直接影响桥梁的受力状态和运营,预应力损失过大将导致主梁跨中下挠、腹底板开裂、承载力下降,甚至危害结构安全。以荆州海子湖大桥为研究对象,建立该桥有限元模型,基于长期监测系统实测数据,研究大桥运营期间预应力钢束应力变化规律。运营监测1年以来,钢束应力实测值小幅波动,但整体上呈下降趋势,反映出钢束发生了一定的预应力损失。基于挠度影响矩阵,提出了一种利用主梁实测挠度值反演钢束预应力损失的方法。根据主梁成桥1年期间实测的挠度值反演预应力损失,并与实测的预应力损失值进行对比分析,结果表明:所提方法有效、可行,可为同类型桥梁预应力损失的识别提供参考。     

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。