结构裂缝监测与温度影响研究

目前对桥梁的常规检查较难满足对特大型桥梁和特别重要桥梁的检查需求,无法全面监测桥梁的运行状况,只能在病害发展到一定程度才能发现,延误维修加固的时机,同样也无法对极限荷载进行及时预警,保障桥梁运营安全。为及时发现桥梁结构在其服役期间性能变化,保证桥梁结构服役安全性,采用实时监测的方法对桥梁结构控制截面挠度以及主要结构裂缝宽度变化进行监测与预测分析。研究结构裂缝宽度与温度和车辆荷载的关系,将实时监测与长期预测相结合,科学指导养护决策。     

基于灰色模型的铁路桥梁裂缝劣化预测研究及应用

铁路桥梁混凝土裂缝是较为常见的病害,该病害严重影响了铁路桥梁的使用寿命。针对铁路桥梁混凝土裂纹宽度发展,基于灰色系统理论,提出裂缝宽度非时距G M (1,1)预测模型。利用该预测模型,对桥梁裂缝劣化情况进行预测,辅助管理者制定经济合理的“壁可”法修补计划,进而保障桥梁状态良好、铁路行车安全。为说明预测模型的有效性,以神朔铁路悖牛川特大桥1996~2012年的桥梁裂缝测量数据进行验证,结果表明该预测模型可较为准确地预测桥梁裂缝宽度的变化,对桥梁养护维修管理有着重要意义。同时,分析了"壁可"法在悖牛川特大桥的应用,其对混凝土裂纹的修补效果显著。      

混凝土桥梁裂缝仿生监测及工程应用研究

针对现常用的健康监测系统中不能解决诊断混凝土桥梁结构初始裂纹的产生和发展状况,在混凝土桥梁裂纹仿生监测原理基础上,模拟生物体的神经元及神经脉络分布对生物体内部或外部各个局部变化(如开裂)的感知机制,实现对混凝土桥梁结构关键区域的裂缝监测.分别从试验和断裂力学理论两方面证明了裂缝仿生监测机敏膜能够监测混凝土桥梁的裂缝.试...     

桥梁裂缝监测系统的实现与应用

结合项目实际阐述了视频图像在桥梁裂缝监测中的应用情况,该系统适用对重要裂缝进行监测,根据桥梁裂缝视频图像宽度值比对,是否超限设定阀值预警,从而可知桥梁裂缝是否超过预设值,可以提示进一步采取措施。系统使用和监测过程直观,能够自动采集、自动分析和自动报警,实现远程监测。     

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。     

给水排水工程中钢筋混凝土结构裂缝宽度计算模式的探讨

该文从钢筋混凝土裂缝宽度计算基本理论人手,通过对《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2002)和《给排水工程结构设计规范》(GB 50069-2002)中混凝土结构裂缝宽度计算方法的比较,阐述了上述规范在进行裂缝宽度计算时的异同之处,并结合工程算例,对计算结果进行分析比较,来探讨给水排水工程中钢筋混凝土结构裂缝宽度计算模式。     

基于超声法的梁板裂缝的无损检测及应用

混凝土桥梁在建造和使用阶段容易受设计施工及环境因素的影响而产生裂缝,影响结构的正常使用。为保证桥梁的安全运行,需采用合理的检测方法对裂缝进行检测,确定裂缝深度,分析裂缝成因,为制定裂缝处理方案提供依据。基于超声法的原理,对某桥梁板裂缝区域进行单面平测、双面测量,并辅以高倍数读数显微镜对裂缝进行宽度量测,用以确定裂缝的深度、宽度及影响范围,结果表明该方法用声速、波形等声学参数检测混凝土裂缝具有较高的检测精度。     

PC桥梁裂缝统计参数对结构的影响

为了研究PC桥梁裂缝统计参数对结构的影响,对国内某地区T梁桥的裂缝进行了调研分析,并按照相关规范对桥梁的开裂状况进行分类统计,确定了以裂缝位置、裂缝宽度和裂缝高度作为桥梁裂缝统计参数。根据所确定裂缝参数的敏感性分析,利用Midas/FEA建立了无损预应力混凝土结构与各裂缝统计参数下的有限元模型,分析了裂缝统计参数对结构刚度以及承载力的影响,得出了裂缝统计参数对T梁桥刚度及承载力影响权值。结果表明:裂缝的宽度和深度是影响PC桥梁承载力的主要因素。     

桥梁裂缝智能识别与监测方法研究

当前,裂缝识别与监测一直是桥梁结构健康监测的重要研究内容。在桥梁结构现场检测与监测中,传统的裂缝识别与监测技术尚不足以满足实际工程的时效性和精确性需求,尤其是裂缝监测技术。基于深度学习的裂缝图像识别极大提升了裂缝检测的效率和精度,但目前仅能获得特定时刻的裂缝信息,缺乏对裂缝产生和演化过程的监测能力,而这些信息对混凝土结构服役安全量化和科学评价具有重要意义。鉴于此,对基于深度学习的裂缝识别与监测方法进行了系统研究,分析和讨论了裂缝数据集构建基准,改进优化了裂缝目标检测和语义分割算法,提出一种多任务集成一体化实时识别算法,并建立了该模型推理效果评价方法,优化了裂缝参数计算方法,最终形成了裂缝识别及动态扩展自动化实时监测方法。结果表明：所提出的裂缝智能识别与监测方法可以对新裂缝的产生和既有裂缝的全局演化实现良好追踪,监测数据可以为桥梁结构当前服役性能的科学量化评估提供支撑。     

波形钢腹板刚构桥健康监测预警值的计算研究

波形钢腹板梁桥近年来被广泛应用于中小跨度桥梁，其在运营期的结构性能是养护单位关注的重点。因此，这类桥梁在建设期往往就构建了结构健康监测系统，监测系统中的预警值设定得是否合理成为监测系统有效发挥作用的关键。以某实际波形钢腹板连续刚构桥梁工程为例，借助有限元计算方法，研究了波形钢腹板刚构桥健康监测系统中预警值的设定方法。结果表明，文章中的预警值设置方法科学合理，可得到符合桥梁运营管养需求的监测预警值，可为同类波形钢腹板连续刚构桥梁工程提供参考和借鉴。     

基于ARX模型的钢管混凝土拱桥损伤评估方法研究

健康监测系统(SHM)对桥梁进行实时监测,能够有效预测拱桥结构状态变化。该文提出一种外因输入自回归(Auto-Regressive with eXogeneous,简称ARX)模型预测结构损伤的方法。使用变形监测值作为输入,在结构敏感位置建立一系列ARX模型,通过损伤模型的误差项表征结构的损伤敏感性。经过实例验证,基于时间序列分析的ARX模型方法可以有效地应用于钢管混凝土拱桥的损伤检测、定位和评估,较传统AR模型方法具有更高的适用性和准确性。     

中美钢筋混凝土桥梁裂缝控制的理念与方法比较

本文对中美钢筋混凝土桥梁裂缝控制的理念和方法进行了比较,并以我国桥梁规范初步设计的某钢筋混凝土桥梁为计算基础,采用《公路钢筋混凝土及预应力混凝土设计规范》(JTG D62-2004)及美国AASHTO LRFD公路桥梁设计规范(2012)规范对该桥裂缝控制进行了定量分析。结果表明:对于同一座桥梁,在相同环境下,裂缝宽度满足AASHTO LRFD公路桥梁设计规范时,却不能满足我国现行桥梁规范要求,我国桥梁规范对裂缝控制较美国更为严格。     

分布式光纤检测桥梁裂缝研究

光纤传感技术由于能实现空间立体监测和连续性监测,是目前裂缝监测领域研究的重点。本文在深入研究布里渊传感原理基础上,基于光纤传感器精巧、纤细难于适用于混凝土粗放施工的特点,采用基于FRP封装的分布式光纤传感器,对这种传感器在在用桥梁及在建桥梁的敷设方式、对混凝土裂缝从萌生到开展过程的监测响应及裂缝宽度与布里渊频移之间的规律展开了探索性科学研究。并在试验中加入了光纤光栅传感器,研究光纤光栅传感器对分布式光纤传感器的补充作用。通过理论及试验研究,采用FRP封装的分布式光纤传感器适用于在用及在建桥梁的混凝土裂缝监测,光纤传感器对裂缝的开展有很好的感知性能,初步得到了裂缝宽度与布里渊频移之间的规律。光纤光栅传感器与分布式光纤传感器相结合可以实现长距离与局部高精度的互补作用。     

印度一座预应力混凝土箱梁铁路桥的结构健康监测与评估

为了解桥梁现状,需对桥梁进行健康监测与评估。以印度一座具备战略重要性的预应力混凝土箱梁桥为背景,介绍健康监测内容。该桥建于20世纪80年代中期,由2幅平行且相邻的混凝土箱梁桥构成,每幅支撑1条铁轨。全桥有28跨,每跨长48.5m,均为简支跨。该桥主要病害为腹板纵向开裂,限制了其承载能力,只能承载城市轻轨车辆。通过足尺模型试验,进行铁路交通监测。使用光栅式和电阻式应变传感器测量应变,用压电传感器记录加速度,还安装了传感器记录裂缝宽度。对开裂前后的结构建立有限元模型,进行数值模拟分析。通过分析结果与实测数据的比较,进行模型修正以获得结构代表模型,作为日后桥梁结构评估、修复的预测工具。     

基于无人机及Mask R-CNN的桥梁结构裂缝智能识别

桥梁结构表面裂缝检测为桥梁状态识别、病害治理、安全评估提供了重要状态信息和决策依据。为解决传统人工检测方法存在的危险性高、影响交通、费用昂贵等问题,提出基于无人机（Unmanned Aerial Vehicle,UAV）及深度学习的桥梁结构裂缝智能识别方法。采用大疆M210-RTK多旋翼无人机进行贴近航摄,获取桥梁结构混凝土表面高清图像;利用SDNET裂缝数据集等图像资源,制作1 133张标记裂缝精确区域的深度学习训练样本图像库;引入掩膜区域卷积神经网络（Mask R-CNN）深度学习算法,训练和建立Mask R-CNN裂缝识别模型;基于Mask R-CNN裂缝识别模型,采用矩形滑动窗口模式扫描混凝土表面高清图像,实现裂缝自动识别和定位。构建包含图像二值化、连通域去噪、边缘检测、裂缝骨架化、裂缝宽度计算等流程的图像后处理方法,实现裂缝形态及宽度信息自动获取。通过精度验证试验,证实采用M210-RTK无人机+ZENMUSE X5S相机+45 mm奥林巴斯镜头的组合装备,当无人机至桥梁结构表面垂直距离为10.0 m时,无人机方法识别的裂缝宽度与裂缝测量仪结果吻合,其绝对误差小于0.097 mm,相对误差小于9.8%。将该无人机裂缝检测方法应用于高136.8 m长沙市洪山大桥桥塔表面裂缝检测,采用深度学习Mask R-CNN算法进行裂缝智能识别,其裂缝识别准确率和召回率分别达到92.5%和92.5%。研究结果表明：无人机桥梁裂缝检测方法可实现高耸桥梁结构表面裂缝的远程、非接触、自动化检测,具有重要的科学研究和工程应用价值。     

钢筋混凝土构件裂缝宽度计算的修正方法及其实桥试验研究

针时各国规范对混凝土构件的裂缝宽度计算方法纷繁复杂及对闭口箱型构件的裂缝宽度计算仍无章可循的局面,基于不同的裂缝宽度计算理论,对比分析了各国混凝土设计规范中关于开口截面裂缝宽度计算公式的参数;结合实际工程的典型钢筋混凝土箱梁桥,分别按各国混凝土设计规范的计算公式预测其裂缝宽度,并与箱梁桥的裂缝实测值进行比对,分析结果差...     

桥梁拼接缝混凝土渗透性及与裂缝宽度关系研究

采用气体渗透技术对桥梁拼接缝混凝土的抗渗性进行测试和评价,并对气体渗透系数与裂缝宽度闭合关系开展室内材料层面和现场结构层面的研究。室内试验中,基于对混凝土材料基本性能的测量和分析,对带贯穿裂缝的混凝土试件开展了气体抗渗性测试。结合回归分析,以相对气体渗透率k/k_0为因变量,以裂缝宽度闭合相对变化量a_c为自变量,建立了拟合曲线方程,说明当a_c增大1.125×10~(-2)mm时,气体渗透系数较初始状态增大10倍左右。现场结构层面的试验中,通过在拼接缝混凝土的跨中和梁端3个关键部位预埋传感器,在桥梁运营期开展了抗渗性能测试,并比较了荷载对混凝土气体渗透系数的影响。结果显示,所研究桥梁拼接缝混凝土的气体渗透系数处于10~(-16)～10~(-19)m~2量级范围,混凝土密实性能整体较好;1个月龄期时,拼接缝跨中传感器的气体渗透系数较两端高两个数量级,说明此处混凝土可能存在初始施工质量缺陷。而8个月龄期时,此处的气体渗透系数较1个月时降低了一个数量级,密实性能的提升可能来自于膨胀剂的膨胀效应;加卸载状况下3支传感器的气体渗透系数对比说明,剪力对混凝土宏观缺陷或微观裂缝的闭合效果有限;近桥墩处3~#梁端传感器的混凝土气体渗透系数在不同龄期下提高了一个数量级,而其他两处则呈现降低趋势,说明桥墩处混凝土的原始微裂缝有发展为宏观裂缝的可能,且裂缝宽度增大了约0.01 mm。     

大跨径连续梁桥健康监测技术工作方案探讨

以国内外桥梁健康监测及状态评估理论及技术为基础,结合大跨连续梁桥结构特点和发展需要,分析了桥梁健康监测及状态评估系统的组成、设计,以实桥为例,对大跨径连续梁桥健康监测及状态评估技术工作方案进行了详细的介绍。依次探讨了传感器与数据采集系统、数据预处理与传输系统、数据库管理系统、综合评估决策与自动安全预警智能系统的设计方案,可进一步推动大跨径混凝土健康监测技术的理论研究,该系统的建立可为同类型桥梁的健康监测提供借鉴,对进一步提高公路桥梁的管养水平具有重大意义。     

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。     

桥梁工程综述连载——十三、公路桥梁中的部份预应力混凝土

我国1985年颁行的《公路钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范》(简称《桥规》)中,采纳了国内有关“部份预应力混凝土”的最新研究成果,明确规定在公路桥梁中“允许采用部份预应力混凝土结构”,扩大了桥梁设计的理论领域。在此之前,预应力混凝土桥梁的设计一直沿用这样一个原则:结构或构件的受拉混凝土不容许出现拉应力。通常把按此原则设计的结构称为全预应力混凝土结构。部份预应力是相对全预应力而得名的,它的基本特征则是容许沿预应力钢筋方向的混凝土出现拉应力,或者容许出现额定宽度的裂缝。前者称为A类构件,后者称为B类构件。