杭州钱塘江三桥结构健康监测系统设计简介

大跨度桥梁在运营过程中,由于车辆荷载、温度作用的影响,加上混凝土的收缩徐变,会发生损伤。在桥梁结构内部安装监测系统可以实时地监控桥梁承载能力的变化,及时发现问题,并为桥梁养护管理提供指导性意见。     

软测量技术在泵车臂架结构健康监测中的应用

利用混凝土泵车臂架应变信号计算其疲劳累积损伤的健康监测方案,由于应变片的使用寿命较短且不可靠,通过应变片直接测量泵车臂架应变信号不能适用于泵车臂架结构长期健康监测。采用软测量技术,基于最小二乘支持向量机（LS-SVM）建立软测量模型来间接获得泵车臂架应变信号。分析泵车臂架应变信号的特点,进而选择辅助变量。为了提高模型精度,对应变信号进行解耦,分别建立静态应变和动态应变的软测量模型进而得出总应变,利用遗传算法对模型参数进行了优化,与总体建模结果进行了比较。仿真分析结果表明,软测量技术为泵车臂架结构健康监测的工程实现提供了一种可行的方法,并且分别建立静态应变和动态应变的软测量模型比总体建模精度更高。     

混凝土浇筑过程中温度场和应力场仿真分析

在混凝土浇筑过程中,其弹性模量随时间变化.这一独特现象给混凝土结构的残余热应力应变的理论求解带来极大困难.即使使用有限元法对混凝土进行热力耦合分析,也必须解决材料弹性模量徐变的问题.采用分时间段方法对弹性模量的时变特性进行等效近似处理,在一个时间段内近似认为弹性模量为一个稳定值,并在各个时间段对混凝土进行热力耦合计算.每一时间段仿真分析时读取上个时间段的结果作为初始条件.最后提取整个龄期各测试点处的仿真温度数据,并与实测温度数据进行对比,验证温度场仿真方法的正确性.     

光纤应变传感器及其在结构健康监测中的应用

应变是表征工程结构健康状态的重要指标.光纤应变传感器以其对外界环境的变化敏感,质轻径细、抗电磁干扰能力强、耐腐蚀、能实现绝对测量、稳定性好、容易复用、能埋入工程结构等特点,因此在结构健康监测中得到日益广泛的应用.目前,结构状态健康监测应用光纤应变传感器主要有光纤珐珀干涉传感器及光纤光栅传感器.本文介绍它们的原理、结构、及其在结构安全监测中的应用技术与系统.     

光纤法-布应变传感器在桥梁状态监测中的应用

光纤法-布(F-P)应变传感器具有稳定性好、精度高、抗电磁干扰能力强等特点,在桥梁结构状态监测中得到日益广泛的应用.介绍了F-P应变传感器的基本原理、结构及系统,并将该系统实际应用于大桥结构状态监测中.测量结果表明:光纤F-P应变传感器的测量数据能够有效地反映桥梁结构混凝土内部受温度影响的应变变化,测量系统运行正常有效.     

FBG传感器在复合材料固化监测中的应用

FBG传感器广泛应用于复合材料结构健康监测中,将双光栅的FBG传感器埋入到玻璃纤维/环氧树脂预浸层合板结构中,监测热压固化过程中温度、内应力变化以及固化残余应变,分析了残余应变对FBG传感器性能的影响。实验表明FBG传感器可以有效监测复合材料结构固化过程的温度和内应力,以及由温度计算的粘度变化,为智能固化控制提供依据,且固化于复合材料结构内的传感器可用于结构的全服役周期健康监测。     

埋入式F-P光纤应变传感器的疲劳性能试验研究

光纤传感器的研究应用代表着混凝土桥梁结构健康监测技术的发展趋势。针对基于白光干涉的埋入式F-P光纤应变传感器的测试原理及主要结构参数进行了分析，介绍了该传感器的制作工艺特点。通过对传感器的疲劳性能试验，验证了该传感器具有优良的精度稳定性和耐久性，满足桥梁施工现场复杂状况下混凝土结构应变监测的要求。     

埋入式FBG混凝土应变传感器特性研究

光纤光栅传感技术在混凝土结构健康监测中具有广泛应用前景。研究了一种埋入式光纤光栅混凝土应变传感器,从力学角度理论分析了埋入式光纤光栅应变传感器的工作原理,并对传感器的结构和制作工艺上展开了详细的分析和有限元验证,并对传感器的性能进行了试验研究,试验结果表明:该结构的传感器具有较好的重复性、一致性和温度补偿特性。     

分布式光纤传感器应变传递性能分析及试验研究

分布式光纤传感技术是一种新型光电监测技术,可实现应变、温度的长距离分布式检测,适用于土木工程结构的健康监测.应变量测的准确性是进行结构健康诊断和评估的关键,其中影响分布式光纤传感技术应变测量精度的因素除了设备自身性能,还与感应结构应变信号的分布式光纤传感器的应变传递性能有关.从理论上分析了传感光纤特性、粘结剂物理性质、...     

机敏水泥基材料及其无线应力/应变测量系统的研制

为监测混凝土结构性态,开发了一种机敏镍粉水泥基材料及其无线应力/应变测试系统.首先,给出了填充镍粉的水泥基材料的应力/应变传感单元的制备方法、测量原理和性能分析;其次,制作了应力/应变的无线测试系统;最后,完成了机敏镍粉水泥基材料的无线应力/应变测试系统的实验.结果表明,机敏镍粉水泥基材料的电阻率随着压应力/应变是线性可逆变化的;集成的无线压应力/应变测试系统的测量范围在0 Mpa/0με到2.5 Mpa/311.5με,无线应力/应变系统可以实现应力/应变灵敏度为16.894%Mpa-1/0.133 65με-1(即应变灵敏度系数为1 336.5)和分辨率为150 Pa/O.02με;新开发的机敏镍粉水泥基材料的无线应力/应变测试系统具有应力/应变灵敏度高、分辨率高、电路简单等优势,适合结构健康监测用.     

基于飞参数据的直升机健康监控系统设计

根据陆航部队地面机务维护中,设计实现了基于飞行数据的健康监控系统.系统地分析了基于飞行数据的直升机健康监控系统的方案.从构造原理和结构分析两方面分别讨论了该系统的整体架构;由机载飞行参数采集系统和地面数据处理系统两个子系统构建了健康监控系统,并分别从软件和硬件两个方面对两个子系统进行了详细的设计.通过对飞行数据的分析,对直升机健康监控的几项关键技术进行了讨论.     

Structural health monitoring by using a sparse coding-based deep learning algorithm with wireless sensor networks

Structural health monitoring has received remarkable attention due to the arising structural safety problems. Most of these structural health problems are accumulative damages such as slight changes in structural deformations which are very hard to be detected. In addition, the complexity of real structure and environmental noises make structural health monitoring more difficult. Existing methods largely use various types of sensors to collect useful parameters and then train a machine learning model to diagnose damage level and location, in which a large amount of training data are needed for the model training, while the labeled data are rare in the real world. To overcome this problem, sparse coding is employed in this paper to achieve structural health monitoring of a bridge equipped with a wireless sensor network, so that a large amount of unlabeled examples can be used to train a feature extractor based on the sparse coding algorithm. Features learned from sparse coding are then used to train a neural network classifier to distinguish different statuses of the bridge. Experimental results show the sparse coding-based deep learning algorithm achieves higher accuracy for structural health monitoring under the same level of environmental noises, compared with some existing methods.     

基于HHT的复合材料层合板结构损伤识别

针对航空飞行器复合材料层合板结构的健康监测,提出一种基于HHT的新型损伤特征量提取方法.利用结构动态响应信号的Hilbert能量谱构造了损伤特征量,用以表征信号的能量变化,从而对带损伤结构进行损伤识别.通过光纤布拉格光栅(FBG)加速度传感器采集数据,比较复合材料层合板在完好和带损伤两种情况下的信号能量变化,实现了对结构小损伤的识别.试验结果表明,构造的结构损伤特征量可以应用于复合材料层合板的结构健康监测,具有良好的灵敏度和实用性.     

Numerical simulation of shrinkage and creep in patch-repaired axially loaded reinforced concrete short columns

This paper presents numerical results obtained from finite element simulations of the time-dependent behaviour of moderately loaded patch-repaired reinforced concrete short columns. Patch repair is a structural concrete repair method in which damaged concrete is replaced with one of a wide range of materials. Relative to the concrete substrate, the patch repair materials used in this study had different properties, such as the elastic modulus, shrinkage and creep. A priori, it would appear that simple theory such as the engineer's theory of bending cannot be used to quantify the behaviour of the patch-repaired member. Experimental evidence needed to clarify such issues remains scarce. The finite element simulations performed in this study indicate that shrinkage and creep cause the progressive shedding of the load carried by the patch repair to the concrete substrate. Finite element results compare favourably with the predictions of the engineer's bending theory. Relative to test results some qualitative agreement is observed though there is significant quantitative deviation.     

基于先进先出的新型结构健康监测系统设计

高速实时地采集传感器信号以及精确测量结构的状态信息对结构健康监测至关重要。但传统的基于串行处理的结构健康监测系统在进行数据分析的同时必须停止数据采集,造成数据采集不连续,实时采集速率不高。为此,采用光纤光栅传感器设计一个新型的实时结构健康监测系统,通过先进先出(FIFO)缓存区的设计将串行模式下间断性的数据采集转化为连续性的数据采集,有效提高了监测系统的实时数据采集速率。系统通过实验证明FIFO缓冲技术的引入有效提高了实时数据采集速率,最大可提高100%;同时也消除了串行模式下间断性数据采集对系统测量精度的影响。     

Cable stretching force optimization of concrete cable-stayed bridges including construction stages and time-dependent effects

This paper presents an optimization algorithm to compute the prestressing forces on concrete cable-stayed bridges to achieve the desired final geometry. The structural analysis includes the load history and geometry changes due to the construction sequence and the time-dependent effects due to creep, shrinkage and aging of the concrete. An entropy-based approach was used for structural optimization and discrete direct sensitivity analysis was used to evaluate the structural response to changes in the design variables. Numerical examples are presented and the results exhibit the importance of considering both the construction stages and the time-dependent effects for adequately predict the bridge behaviour and compute the cable prestressing forces.     

桥梁结构的未标记模态特征稀疏编码深度学习监测*

由于建筑物结构健康问题大部分是累积性损害,很难被检测到,实际结构和环境噪声的复杂性使得结构健康监测更加困难,并且现有方法在训练模型时需要大量的数据,但是实际中对于数据的标记是很复杂的。为克服该问题,通过配备无线传感器网络,并采用稀疏编码实现桥梁结构健康监测,然后通过大量未标记实例在实现特征提取基础上进行稀疏编码算法训练,实现数据维度压缩和无标记数据预处理。其次,利用深度学习算法实现桥梁结构健康监测类别预测,同时基于线性共轭梯度对Hessian优化进行改进,利用半正定高斯-牛顿曲率矩阵替换不确定Hessian矩阵,进行二次目标组合,以实现深度学习算法效率提升;实验结果表明,所提深度学习桥梁结构安全检测算法实现了环境噪声稀疏编码水平下的高精度结构健康监测。     

基于无线传感器网络的桥梁结构健康监测系统研究

随着通信技术、传感器技术的发展,新型的桥梁健康监测技术不断涌现。基于无线传感器网络的桥梁结构健康监测是将无线传感器网络技术与结构健康监测相结合,应用频率法通过加速度传感器测得一段时间内的桥梁拉索张力,经过无线传感器网络将数据传输到监测平台,从而达到对桥梁健康状况的监测。     

一个适于结构健康监测的WSN能量高效动态路由协议一个适于结构健康监测的WSN能量高效动态路由协议

针对结构健康监测无线传感器网络应用中,网络生命期不足的问题,提出一种低占空比网络下能量高效动态路由协议EEDRP(Energy Efficient Dynamic Routing Protocol),该协议利用邻居节点剩余能量和链路质量动态确定转发集,通过基于转发集活动时隙预测的数据包重传机制,解决了因链路不可靠导致数据传输失败问题.最后,通过仿真对协议进行了验证,结果表明:该协议在保证数据收集低延迟和可靠性前提下,有效延长了网络生命期,满足结构健康监测应用要求.     

基于有线无线异构网络融合的桥梁健康监测系统

对于大跨度桥梁的健康检测．较为先进并已广泛使用的有线健康监测技术逐渐取代了传统的手工操作,但在实际应用中产生了安装电缆和更新系统带来的麻烦。相比之下,新开发的无线桥梁结构健康监测传感器技术更容易部署和更新,它克服有线系统存在的这些缺陷。然而,在某些情况下,无线网络的通信质量不能保证,导致系统的效率和可靠性受到影响。提出一种新的异构健康监测系统,它拥有有线和无线健康监测技术的优点。