桥梁健康监测2020年度研究进展

桥梁健康监测系统利用通讯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的应用,对桥梁健康监测系统的信号降噪、信号预警、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2020年度内相关研究进展及应用进行了总结与评述,最终发现机器学习方法正越来越广泛地应用到现阶段桥梁健康监测各项关键技术的研究中。     

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。     

框架结构基准有限元模型的理论及试验

讨论了框架结构基准有限元动力分析模型,给出了基于振动试验结果建立钢结构框架基准有限元模型的步骤.首先讨论了优化算法的基本原理,随后介绍了优化算法中的两种基本算法,零阶算法和-阶算法,最后通过一个钢结构框架的实例,验证了基于优化算法建立有限元基准模型的有效性.经振动试验结果验证的框架结构有限元基准模型,反映了框架结构的真实动力行为,可作为该框架结构各种复杂响应分析、健康监测以及损伤识别的基准.     

基于荷载试验数据修正桥梁结构有限元计算模型的研究

以浙江省长兴县上莘大桥为对象,采用一般方法建立桥梁分析的初始有限元计算模型,根据桥梁交工验收荷载试验采集的静、动载试验数据,通过建立考虑变形、频率及振型等静、动力信息的多目标函数对初始有限元模型进行修正,得到能够反映桥梁结构真实状况的基准有限元模型.修正后基准有限元模型计算结果与不同静载试验工况下实测数值、动载试验工况下实测振动频率、模态等响应结果进行了对比,结果表明:利用桥梁荷载试验实测数据对桥梁有限元计算模型修正后,有限元计算模型计算结果与荷载试验实测响应结果均能保持一致,利用荷载试验数据修正桥梁结构有限元计算模型是可行的.     

东江大桥模态试验与分析

通过对主桥进行模态试验分析,识别出桥梁结构的固有频率、模态振型、模态阻尼等桥梁结构的动态特性参数,并运用有限元Midas-Civil软件,根据东江大桥设计书的具体参数,建立了主桥的理论计算模型;将模态试验结果与三维有限元模型计算结果进行了比较,二者吻合良好,从而对东江大桥主桥的抗扭、竖弯刚度及对称性等物理参数进行定性评定;测试结果可以为有限元模型修正及工程交竣工验收提供依据,同时也为桥梁使用状态评估、健康监测提供较可靠的基准模型。     

基于环境激励的预应力混凝土连续梁桥有限元模型修正

基于优化原理的有限元模型修正技术的发展,为大型桥梁结构的模型修正提供了便利.本文以包头黄河大桥二桥为背景,利用该桥健康监测系统提供的环境振动测试信息,并基于结构特征值灵敏度分析选择的修正参数,对该桥进行结构动力模型修正.修正后的有限元模型振动基频更接近于环境激励下的测量结果,表明大型通用软件提供的优化算法可以有效的实施动力模型修正.     

基于环境激励的桥梁结构动力测试及模型修正

桥梁结构的动力特性是结构动力计算和抗震分析的基础,也是桥梁健康状况监测的一个重要指标.首先根据设计图纸建立了312国道上的一座公跨铁立交桥的三维有限元模型,分析了桥梁的动力特性,同时通过环境振动测试获得了桥梁的实测动力特性,然后在灵敏度分析和优化理论的基础上,选取了一组设计参数,对桥梁的有限元模型进行了修正.修正结果表明该方法简单有效,修正后的有限元模型能够较好地反映桥梁的动力特性,可用于检测桥梁在复杂外力作用下的动力响应,能更好地为后期的损伤识别和健康评估服务.     

基于环境激励的桥梁结构动力有限元模型修正研究

在实际桥梁结构中,基于有限元分析得到的结构模型动力特性与测量结果相比往往有较大的出入,甚至超出了工程实践中所要求的精度,因此需要借助实验分析和模型修正技术对有限元模型进行修正.本文首先对有限元模型修正和传感器优化布置方法进行了详细的归纳和总结,并且分析了动力有限元模型修正中存在的一些问题.然后,通过具体的算例对近年的研究成果进行了总结,其中包括基于灵敏度分析和优化理论对一现有大型桥梁进行了有限元模型修正,以及基于序列法和改进遗传算法对一桥梁进行了传感器优化布置,研究结果可广泛应用于桥梁结构的损伤识别,既有(受损)结构的承载力评定和结构的长期健康监测,具有较大的理论意义和工程实用价值.     

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。     

地震易损性在桥梁健康监测系统中的应用

针对一新建钢箱梁系杆拱桥,采用Midas软件建立其数值模型,并进行了地震响应分析。通过对结构在不同地震作用下的响应分析其地震易损性,利用IDA(增量动力分析)方法分析建立地震易损性曲线。基于该易损性曲线对桥梁健康监测系统中的传感器位置进行了优化,进而提高桥梁健康监测系统的整体性能。     

基于神经网络及时间序列混合模型的桥梁健康监测系统缺失数据填补

列举了实际桥梁健康监测系统中数据缺失的几种形式,根据桥梁健康监测系统中监测数据是时间序列集的特点,以及神经网络强大的映射能力,利用神经网络及时间序列混合模型的方法来填补缺失数据,并将该方法与时间序列法的填补结果进行对比,结果表明该方法处理缺失数据的误差较低。     

光纤传感技术在长江二桥加固监测中的应用

利用光纤光栅传感技术监测武汉长江二桥连续梁桥及连续刚构桥维修加固施工过程中桥梁结构变化情况.通过监测截面应力、体外预应力钢束张拉力、裂纹变化研究加固维修效果,验证了维修加固设计理论.构建桥梁实时、多参量、远程的加固维修监测系统.并为桥梁长期健康监测提供评估基准状态.     

中小型桥梁广域健康监测系统的研究

我国是桥梁大国,由于结构老化、运营管理以及建设质量等问题,近年来全国各地相继出现桥梁垮塌事故,造成了严重的人员伤亡和巨大的财产损失。为了保证既有桥梁的安全运营和尽可能延长其安全使用年限,对既有桥梁进行实时健康监测是非常必要的。由于桥梁健康监测系统投资、运营费用巨大和监测技术的不成熟,除少数特大型桥梁安装了监测系统9,9%以上的大、中、小跨径的桥梁都处于监测系统覆盖的盲区。文章主要探讨中小型桥梁健康监测系统的现状及近年来的进展,提出了一种基于智能传感器的中小型桥梁广域健康监测系统结构。     

CFD方法的大跨度桥梁抖振荷载

采用计算流体力学（Computational Fluid Dynamic,CFD）方法替代传统的桥梁节段模型风洞试验,改进了大跨度桥梁抖振力计算方法。在香港青马大桥精细有限元模型基础上,模拟周围风场对主梁桥板压力分布,计算节点抖振力,求解局部应力响应,为桥梁抖振疲劳分析和结构健康监测打下了基础。     

基于应变模态差的连续梁损伤识别方法研究与应用

目前中国许多地区都在大规模修建桥梁和高架桥,桥梁成为交通工程中必不可少的一部分,它的健康运行关系到国家的经济、人民的生命财产以及社会的稳定。为了保证桥梁的健康运营,对桥梁进行监测已成为必不可少的关键环节。主要以应变模态为基础,采用应变模态差作为损伤识别的指标对桥梁进行损伤识别,通过有限元软件模拟三跨连续梁的损伤状况,利用应变模态差对其损伤位置进行识别。结果证明:应变模态差能够有效识别结构的损伤位置,并借助此方法对现有桥梁的损伤情况进行评估。     

混凝土桥梁变形安全监控模型研究

根据长期监测数据建立混凝土桥梁的监控模型,将监测效应量分解为车辆荷载分量、温度荷载分量以及时效分量,通过绘制各分量趋势线以定性分析和评价桥梁的健康状况,将实测值和模型的拟合值进行拟合优度检验进而确定模型精度,该方法在海儿洼大桥工程中进行了实例应用。结果表明:分离出监测效应量的显著影响因子,利用显著影响因子变化趋势能够直观反映出桥梁劣化和健康状况,就可以准确评价桥梁健康状态并找到影响桥梁健康因素的根源所在。     

基于阻尼器参数选择的桥梁结构抗震分析

分析了液压阻尼器的工作原理,以某大跨度斜拉桥为例,通过建立有限元模型,对桥梁结构的动力特性和抗震性能进行分析,探讨了不同阻尼系数对桥梁关键节点的地震响应。     

嵌入式系统在桥梁健康监测中的应用

介绍了桥梁健康监测系统的组成原理以及嵌入式系统的基本概念;重点阐述了通过无线网络传输技术和互联网FTP协议;采用嵌入式系统进行桥梁健康监测的全新解决方案,对实现桥梁健康监测系统的智能化具有重要意义。     

应用高斯粒子滤波器的桥梁可靠性在线预测

为采用实时监测信息对桥梁结构构件的可靠性进行动态预测分析,应用健康监测系统的长期大量监测数据,建立了基于监测数据的动态模型(监测方程与状态方程),引入混合高斯粒子滤波器(MGPF),基于粒子滤波方法、贝叶斯方法以及动态模型,对监测信息状态变量的后验分布参数和监测值的一步向前预测分布参数进行预测分析.混合高斯粒子滤波方法通过重抽样技术,提高了动态模型的预测精度.基于实时监测信息可以不断修正抽样粒子的权重,进而解决粒子退化问题.最后基于实时预测的分布参数,结合一次二阶矩(FOSM)方法,对桥梁结构构件的可靠性进行在线动态预测分析.     

分布式网络化桥梁结构安全监测系统研究

提出以一个专家系统为分析方法,由三级网络结构组成的分布式网络化结构监测和健康分析系统的网络框架,适用于桥梁的主要结构状态监测及健康评估,为桥梁从定期检测向预测检修模式提供技术保障。该监测系统经过一年多的考验表明,光纤光栅的稳定性和耐久性满足桥梁结构长期健康监测的要求,为桥梁结构的健康诊断提供了依据。