南京长江大桥运营监测数据可视化方法及建筑信息模型插件开发

为提升桥梁健康评价与应急决策的效率，本文基于建筑信息模型发展了一种桥梁监测数据可视化方法，并利用Revit二次开发程序插件。依托已有桥梁BIM模型，快速建立包含加速度计、风速仪等传感器的监测系统模型，将监测数据与传感器模型相关联。将监测数据线性变换至[0,255],建立其与传感器模型RGB色彩的映射关系，从而通过模型颜色反映监测数据的变化。根据监测系统传感器模型的色彩掌握桥址区环境及桥梁结构状态，并对超出阈值的监测数据进行实时分级报警。以南京长江大桥及其健康监测数据为对象，阐述了所提出监测数据可视化方法的实现过程和应用效果。结果表明：该方法可将加速度、温度和风速等监测数据通过颜色变化、动态折线图及表格的形式进行可视化展示和报警，从而为服役桥梁的健康管理与维护提供科学依据。     

基于压电陶瓷传感器的钢筋混凝土框架结构裂缝损伤全过程监测

基于压电陶瓷传感器开展了动力荷载作用下的钢筋混凝土框架模型结构裂缝损伤全过程监测试验。在1个2层2榀钢筋混凝土框架结构中埋入压电陶瓷传感器,对模型结构先后施加拟动力荷载和拟静力荷载的作用,监测结构在荷载作用下的损伤发展全过程,并采用移动平均法对监测数据进行平滑处理。结果表明：所采用的监测方法能够有效监测结构健康状态的发展趋势,但受环境等因素的影响,监测数据存在波动性,给损伤识别带来一定困难;采用移动平均法进行数据处理可使损伤识别结果更加准确;基于压电陶瓷传感器的混凝土裂缝损伤监测方法可用于结构的长期监测,有效的数据平滑滤噪措施对于损伤的正确识别具有重要意义。     

基于WPNN与数据融合的损伤检测方法

目的 为了有效利用结构健康监测系统中的多源传感器数据信息，对复杂结构的健康状况进行诊断进而提高确诊率．方法 利用概率神经网络(PNN)的贝叶斯推理与诊断能力及多传感器数据融合原理，将神经网络与数据融合有机结合，使两者优势互补，提出了复杂结构损伤检测技术及其在多层框架结构中损伤检测及诊断中的应用．结果 提出了基于小波概率神经网络(WPNN)与数据融合的损伤检测方法．结论 基于WPNN与数据融合的损伤检测方法是可行的、有效的．     

结构健康监测中的数据融合技术

目的为了充分利用大型结构健康监测系统中来自不同时间与空间的多传感器信息资源，获得被测对象的一致性决策和估计任务。进而提高确诊率．方法从多传感器数据融合的概念、基本原理出发，探讨了数据融合技术在结构健康监测与诊断中应用的可行性，重点研究了基于人工智能的数据融合技术在结构健康监测及诊断中的应用方法．结果提出了小波概率神经网络数据融合损伤检测技术及其在结构损伤检测中的应用．结论基于多传感器数据融合的健康监测与诊断是可行的、有效的．     

基于BP神经网络和D-S证据理论的损伤识别方法

目的有效利用结构健康监测系统中的多源传感器数据信息，进而提高复杂结构健康状况的正确诊断率.方法将BP神经网络与数据融合理论中的证据理论有机融合，提出一种决策级数据融合损伤识别新方法.为了验证所提方法的有效性，用1栋7自由度剪切型建筑模型的6种损伤进行了检验.结果研究发现，将BP网络和D-S证据理论相结合的综合诊断模型，可以有效地提高一些损伤模式的诊断率，具有良好的适应性.结论笔者所提方法优于单一信息建立模型的识别能力，表明它具有较好的容错性和识别精度，用于健康监测和损伤检测是可行的、有效的.     

光纤法珀传感器及其在桥梁应变监测中的应用

应变是反映桥梁健康状况的重要参数,将光纤法珀传感器埋入混凝土结构内部,作为桥梁应变的智能传感元件,它与光开关、光纤应变解调仪、计算机等组成应变测量系统,可以实现桥梁应变自动监测。目前,该系统已经安装在重庆大佛寺长江大桥上,监测数据表明光纤法珀传感器的稳定性和可靠性好,能够用于大桥应变的长期监测。     

基于统计理论的桥梁应力趋势预测与评估方法

针对监测应力的复杂构成及监测数据较低的使用效率,提出一种基于统计理论的新型桥梁应力趋势预测评估方法. 该方法主要基于统计理论,将季节性荷载、随机性荷载产生的应力从应力监测值中分离,然后准确观测并拟合结构退化所引起的应力变化趋势,最后对结构退化过程给出理论预测,并以此准确量化评估结构安全性能. 该方法在整个评估过程中可充分利用每一个监测数据,并可实时根据新的观测数据进行评估修正. 通过在实桥的成功应用,证明了基于统计理论的新型桥梁应力趋势预测评估方法的优势性.      

考虑信噪比和车-桥耦合效应的桥梁健康监测策略

为了舍弃大量信噪比低或无异常的数据,节约计算资源并提高分析效率,在理论依据的基础上实现具有针对性的桥梁健康监测,提出了考虑信噪比和车-桥耦合效应的桥梁监测策略.对监测信号成分进行分析,指出为了实现监测策略,需要根据车-桥耦合动力理论确定合理准确的监测阈值.将车群等效为具有主体部分和耦合均布质量的时变动力模型,建立桥梁结构与移动车群相耦合的动力平衡方程及其解析表达式.以一实际简支梁健康监测为例,根据车-桥耦合理论分析车群的均布质量、行驶速度以及振动频率对桥梁动力反应的影响,并结合实际监测数据确定监测阈值,实现监测策略.实验结果表明该监测策略有效.     

基于MPCA-GMM的斜拉桥健康监测

针对斜拉桥损伤识别问题,提出一种基于移动主成分分析(Moving Principal Component Analysis, MPCA)和高斯混合模型(Gaussian Mixture Model, GMM)相结合的方法对桥梁健康状况进行监测。以相邻测点的温度效应为基础,利用MPCA将数据进行压缩;通过GMM对压缩后的数据进行聚类分析,以参考状态平均隶属度差值95%保证率建立损伤阈值,对待测桥梁结构的健康状况进行评估。数值算例和实时监测数据分析表明该方法能有效识别结构损伤状态,并且具有良好的抗噪性。     

桥梁健康监测2019年度研究进展

桥梁健康监测系统利用通信传感设备远程记录运营中的结构持续响应,通过对信号数据的处理分析实现桥梁结构的实时预警与安全评估,从而达到保护结构正常运营、延长结构使用寿命、指导桥梁结构管养与维护决策的目的。桥梁健康监测技术作为桥梁工程领域新兴的分支,已逐渐成为一个热门研究方向。为了促进该领域研究进一步发展,指导健康监测系统在桥梁工程中更高效地应用,对桥梁健康监测系统的实施决策、传感器信号预处理、信号数据降噪处理、模态参数识别、有限元模型修正、损伤识别、状态预测与评估等关键技术方法的研究现状进行了详细介绍,并对2019年度内相关研究进展及应用进行了总结与评述,最终发现模式识别技术与机器学习方法正越来越广泛地应用到桥梁健康监测的研究中。     

基于FBG传感器的结构健康监测体系及其应用

简述了现在日本利用结构健康监测的数据进行结构性能评价的方法以及实测数据处理分析技术的现状,介绍了一种针对大跨度抗弯结构的分布式监测系统的构筑方法,并将该方法应用于桥梁结构健康检测和监测系统。该方法基于笔者参与开发的长标距光纤布拉格光栅(FBG)传感器建立的分布式传感系统,结合使用监测数据分析软件SforD,通过测量应变实现结构的健康监测,监测桥梁的应变分布情况、沿长度方向的桥梁挠度分布、结构振动特性(如振动频率和振型)、荷载、桥梁损伤探测等信息。应用案例表明,监测系统提供的实测结果与理论分析结果吻合良好。本文可为智慧城市及智能结构的建设提供多功能的结构健康监测和检测方面的解决方案。     

Structural safety monitoring for Nanjing Yangtze River Bridge

In order to evaluate objectively and accurately the integrity, safety and operating conditions in real time for the Nanjing Yangtze River Bridge, a large structural safety monitoring system was described. The monitoring system is composed of three parts: sensor system, signal sampling and processing system, and safety monitoring and assessment system. Combining theoretical analysis with measured data analysis, main monitoring contents and layout of measuring points were determined. The vibration response monitoring was significantly investigated. The main contents of safety monitoring on vibration response monitoring are vibration of the main body of the Nanjing Yangtze river bridge, collision avoidance of the bridge piers, vibration of girders on high piers for the bridge approach and earthquake. As a field laboratory, the safety monitorying system also provides information to investigate the unknown and indeterminate problems on bridge structures and specific environment around bridges.     

桥梁抗爆与抗火2020年度研究进展

近年来能源交换的需求量随各区域经济的飞速发展而不断增大，装载运输“燃、汽、爆、化”的危化品车辆日益增加，由车辆导致的爆炸或火灾层出不穷，桥梁结构的运营安全受到严重威胁。作为桥梁防灾的热点问题，学者们在桥梁抗爆与抗火领域进行了卓有成效的研究，现以2020年发表的中英文论文为主，对国内外学者在爆炸冲击荷载试验与数值模拟方法、桥梁火灾试验与模拟技术、桥梁抗爆性能及劣化机理、火灾下桥梁损伤机理与安全评估、桥梁抗爆安全评估方法、过火后桥梁性能演化与灾变机制等方面所取得的研究成果进行扼要综述，通过系统分析表明：爆炸试验技术与结构高应变率下的力学特性研究、复杂火灾环境下桥梁结构断面温度传递与分布规律、多灾耦合作用下桥梁结构的损伤演化、灾变机制和桥梁结构安全评估体系等方面的研究欠缺。为保证桥梁结构在全寿命周期内的服役安全，爆炸、火灾等极端荷载条件下的结构特性和运维安全是当前构建桥梁运维安全保障体系中的重中之重。     

南昌新八一大桥健康监测预警指标计算分析

为了保证桥梁健康监测系统的有效性和及时性,给桥梁管理者提供维修及加固的依据,以南昌市新八一大桥为工程背景,在有限元数值模拟结合传感器监测数据的基础上,建立了多指标并行预警的结构预警体系,阐述了预警指标、预警阈值和预警流程,并重点对索力、关键部位应力和挠度、疲劳车辆荷载、固有频率变化率等预警指标进行了计算分析。应用结果表明,在当前荷载作用下新八一大桥的各项预警指标的结果都正常,满足使用要求。     

Damage alarming of long-span suspension bridge based on GPS-RTK monitoring

Structure damage identification and alarming of long-span bridge were conducted with three-dimensional dynamic displacement data collected by GPS subsystem of health monitoring system on Runyang Suspension Bridge.First,the effects of temperature on the main girder spatial position coordinates were analyzed from the transverse,longitudinal and vertical directions of bridge,and the correlation regression models were built between temperature and the position coordinates of main girder in the longitudinal and vertical directions;then the alarming indices of coordinate residuals were conducted,and the mean-value control chart was applied to making statistical pattern identification for abnormal changes of girder dynamic coordinates;and finally,the structural damage alarming method of main girder was established.Analysis results show that temperature has remarkable correlation with position coordinates in the longitudinal and vertical directions of bridge,and has weak correlation with the transverse coordinates.The 3%abnormal change of the longitudinal coordinates and 5%abnormal change of the vertical ones caused by structural damage are respectively identified by the mean-value control chart method based on GPS dynamic monitoring data and hence the structural abnormalities state identification and damage alarming for main girder of long-span suspension bridge can be realized in multiple directions.     

基于小波变换的桥梁健康监测多尺度分析

针对桥梁结构健康监测具有实时性和数据量大的特点,提出了一种应用两个小波分别对实时测试数据进行分解和重构表达信号特征的方法,并定义了一个损伤指示系数,可按给定阈值在实时测试数据中搜寻损伤信息,确定损伤时刻,实现安全预警的目的.以一个发生损伤的两跨连续梁为例,对结构损伤进行了数值模拟,分析了在不同损伤位置及不同损伤率的情况下,损伤指示的敏感性.该实例表明对于梁中单元出现6%以上的刚度损伤有较好的损伤指示能力;由于多尺度分析方法具有较高的计算效率,能够在桥梁健康监测系统中在线完成损伤预警.     

近接既有地铁线施工防护实时智能监测系统的应用研究

本文结合北京某地铁区间4号线下穿新建地铁施工,基于LabVIEW虚拟仪器技术、多传感器技术、无线网桥及GPRS传输技术,提出近接既有地铁线施工防护的实时智能监测系统,设计了在下穿新建地铁影响范围内的近接既有地铁线结构的系统监测方案.采用LabVIEW开发的数据统一管理平台对现场监测信息加以分析预警,提供施工安全评估,并可生成报表及存储查询共享等,实现对近接既有地铁线及隧道结构变化的实时监测,及时预警,达到轨道质量的动态、精确调整的目的,保证既有地铁线的运营安全.     

基于挠度曲率面积差的桥梁结构损伤识别方法

挠度信息是桥梁健康监测的基础数据,能够为桥梁安全状态评价提供可量化的数据。本文通过分析挠度及其一、二阶导数（转角和曲率）之间的关系,提出了一种利用损伤前后荷载挠度曲线的曲率面积差（Area Difference of Curvature, ADk）来识别结构局部刚度损伤的方法。该方法采用测点数量将损伤前后的曲率曲线所围成的面积划分为若干单元,用各单元面积的平方与所有单元面积平方和的比值作为损伤定位参数,该参数的峰值可定位结构损伤位置。作为理论实例,在一座简支T梁桥的有限元模型中设置不同程度（5%~50%）和不同数量的局部刚度损伤,以各单元的曲率面积差为参数,准确定位了桥梁结构损伤位置。同时,对一座有机玻璃模型桥进行了损伤识别试验。结果表明,损伤位置处的曲率面积差远远大于未损伤位置,能够准确定位结构中微小程度的局部刚度损伤,且不同损伤程度下的曲率面积差与损伤程度无关,即使有测量噪声的情况下也能清晰定位出损伤位置。该方法有助于提高桥梁日常安全巡检的效率,量化检测数据,客观化识别结果,推动在实际桥梁工程中的应用。