信息传感器在桥梁健康监测中的应用

桥梁的健康监测越来越引起人们的普遍关注，信息传感器是桥梁健康监测系统的重要组成部分。本文介绍了桥梁健康监测几种信息传感器的测试原理和在桥梁测试中的应用，分析了信息传感器的选择和优化的有关问题，为桥梁健康监测项目设计和信息传感器的选择提供了有益的参考，现代桥梁损伤识别和信息传感技术的发展必将推动桥梁健康监测水平的稳步提高。     

润扬大桥结构健康监测策略研究

桥梁结构健康监测与安全评估系统是桥梁结构养护决策系统的支撑条件之一,是保证大跨桥梁正常安全运营的重要手段.文章对建立大跨桥梁结构健康监测系统的关键问题--大跨桥梁结构健康监测策略进行了分析研究,重点讨论了桥梁结构健康监测项目的选择依据以及传感器优化布设的原则与依据,提出了润扬大桥结构安全健康监测系统的传感器测点布置.     

光纤光栅传感器在城轨桥梁监测中的设计与应用

针对城轨桥梁运输特点,确立了桥梁在线健康监测系统的监测内容,根据识别误差最小等准则进行了传感器优化布置,将该监测系统示范应用到了两跨简支梁桥梁,结果表明,该系统能反映桥梁长周期实时运行情况,适用于桥梁变形趋势的研究和桥梁健康评估。     

基于无线传感网的结构监测评估系统在城市桥梁中应用

以石家庄槐安大桥为依托项目,基于无线传感网的结构安全监测评估系统以城市大型斜拉桥结构为平台,通过在桥梁结构的关键部位布设无线智能传感器监测节点,对桥梁的环境荷载、运营荷载、桥梁特征和桥梁响应等参数进行实时监测,评估桥梁运营状态.提出传感器前端智能算法和桥梁监测节点多目标约束优化方法,建立桥梁结构损伤成因智能识别方法,实现跨铁路桥梁的混合监测技术的应用,面向跨铁路桥梁的建模及修正策略,基于混合监测技术进行结构损伤识别及状态评估,最后从经济效益、社会效益和环境效益三个方向验证项目实施效果.     

桥梁传感器优化布置研究

对桥梁健康监测系统中的传感器优化布置进行了研究探讨。先介绍了传感器系统的监测内容、目的以及一些常用的传感器;然后就传感器优化布置的评价准则及优化方法进行分析,指出其存在的优缺点,并加以讨论;同时简要总结了近年来国内外关于桥梁传感器优化布置方面的最新研究进展;最后对几个重要问题进行了展望。     

桥梁健康无线监测系统关键技术研究

将现代光纤传感器与无线通信技术相结合应用于桥梁的健康监测,使各个环节得到优化：在绝对位移监测单元采用精确的差分式全球定位系统GPS;在形变温度监测单元采用光纤光栅传感器;在控制单元采用GPRS发送装置;在数据处理单元采用Visual Basic建立相应的数据库等。优化后可以达到对桥梁进行无线实时遥控监测的目的。     

桥梁健康监测系统研究

将现代光纤传感器与无线电遥测技术相结合应用于桥梁的健康监测,可以使各个环节得到优化,因此以某连续梁桥为例,就其监测系统设计时,在绝对位移监测单元采用精确的差分式全球定位系统GPS,在形变温度监测单元采用光纤光栅传感器,在传输单元采用GPRS发送装置,在数据处理单元采用VisualC＋＋建立相应的数据库等做了介绍,并认为采用这些方法可以达到对桥梁进行无线实时遥控监测的目的。     

用粒子群算法选择体育馆监测系统中传感器的最优布点

如何合理、有效地确定传感器的位置,是结构健康监测系统正常、高效运行的前提.基于模态能量和粒子群算法进行传感器优化布置研究.首先,讨论了粒子群算法的基本原理和优点;其次,根据结构模态应变能的大小挑选出结构的主要贡献模态,进而确定监测模态阶数;然后,针对不同的传感器类型,基于位移模态定义适用于加速度传感器的适应度函数,基于应变模态定义适用于应变传感器的适应度函数;最后,以西宁市体育馆钢结构为工程背景,采用粒子群算法对其监测系统中加速度传感器和应变传感器分别进行优化布置.结果表明,该方法优化结果稳定可靠且收敛迅速.     

基于Zigbee的无线传感器网络在桥梁健康监测系统中的应用探究

桥梁的建设和维护是国家基础设施建设的重要组成部分,桥梁健康监测技术能有效的保证桥梁的安全运营,保障人民群众的生命财产安全。桥梁健康监测系统通过对桥梁结构状态的监测与分析,为桥梁在特殊气候、复杂交通环境下和桥梁结构状况异常时发布预警信号,为桥梁的管理、养护与维修提供科学的依据。目前国内外桥梁监测系统大多为有线网络系统,存在着网络安装布线成本高昂、设备移动和网络结构灵活性差、节点智能化程度低等问题。为此,本文提出并设计实现了基于Zigbee协议的无线传感器桥梁健康监测网络系统。与传统的桥梁监测系统相比该系统具有成本低、可靠性高、安装方便、维护更新费用低等优势。本文针对桥梁健康监测技术的发展现状和无线传感器网络技术的应用,阐述了无线传感器网络的结构、分层模型和关键技术,将Zigbee技术应用于桥梁健康监测的无线传感器网络。对TI的基于Zigbee2006标准的协议栈Z-Stack进行了剖析。设计了适用于桥梁健康监测的网络拓扑结构,结合系统监测指标,给出基于Zigbee桥梁健康监测系统总体方案。     

基于FBG传感器的桥梁结构应变监测

文章通过在桥梁模型中埋入光纤布拉格光栅传感器,验证FBG传感器可应用于桥梁结构的应变监测。首先介绍了光纤传感技术、国内外的发展现状及应用,比较了目前较为常用的两种光纤传感器:光纤光栅传感器、光纤法珀传感器。接着着重介绍了本次试验所用的FBG传感器,然后通过对桥梁模型的结构分析确定监测内容,并进行应力分布研究,在此基础上完成对FBG传感器的优化布设。最后,通过对数据的采集和评估验证监测系统可行性。应用结果表明,FBG传感器系统可以很好地反映桥梁结构应力变化,能够实现对桥梁结构健康监测。     

大跨桥梁索塔环境振动测点布置研究

本文探讨了大跨桥梁索塔有限元模型在传感器振动测点布置方面的应用,首先对索塔有限元模型进行模态分析,采用以MAC矩阵的非对角元素为目标函数,通过增加或减少测点自由度使MAC矩阵的非对角元素趋于最小来确定索塔环境振动测点位置的最优布置。然后,运用试验室斜拉桥缩尺模型索塔不同布点方案的测试结果来验证索塔振动测点布置的有效性。研究结果表明：由缩尺模型桥的索塔不同布点方案测得的试验数据得出的测点布置和有限元计算得出的测点布置结果是一致的,因此,从模型试验的角度验证了根据有限元分析结果得出的索塔环境振动测点布置是有效的。     

结构模态测试中传感器布点优化方法比较

分别从布点准则及优化算法的角度对传感器布点优化(OSP)方法进行比较,并提出了分步传感器布点优化方法,可在布点优化中考虑多种准则,同时有效降低组合优化的规模,以某拱桥模态测试的传感器布点优化为例,验证了此方法适用于大规模结构的可行性。     

斜拉桥传感器布置优化方法应用研究

根据模态置信度准则,采用模拟退火算法,提取出斜拉桥有限元模型的动力分析数据,得到了主梁加速度传感器的优化布设方案,并根据此优化方案在实际桥梁上进行了现场动力特性测试实验。对比研究结果发现：由现场实验测得的自振频率、振型位移与ANSYS理论计算出的结果十分接近,从而验证了基于MAC准则的模拟退火算法在斜拉桥加速度传感器优化布设方面是有效的和可行的。     

基于有效独立法的传感器优化布置

为了研究桥梁结构健康监测中的传感器优化布置问题,对基于Fisher信息矩阵的有效独立法进行研究。首先对有效独立法进行理论推导。然后以一钢桁架结构为算例,使用有效独立法进行传感器布置,并用模态保证准则对传感器布置效果进行评价。最后结果表明：有效独立法布置传感器尽可能多的保留了结构信息,能够良好的反映出结构特性。     

大型桥梁健康监测研究动态与发展趋势

大型桥梁健康监测是近些年来的研究热点之一。本文首先阐述了桥梁健康监测的内涵及意义,对健康监测系统的组成做了总结,然后从传感器的优化布设、信号处理与信息提取技术、损伤识别技术和安全评估方面对研究现状做了综述,最后针对目前存在的问题指出了未来的研究方向。     

润扬大桥结构健康监测系统传感器测点布置

润扬长江公路大桥作为我国建桥史上规模空前的特大型桥梁 ,对其建设和运营期间的健康监测、诊断以及各种灾害影响下的损伤预测和损伤评估 ,具有重要的现实意义 ,这也是润扬大桥设置结构安全健康监测系统的主要目的。作为该系统所要解决的最关键问题之一 ,就是合理解决传感器测点的最优布置。基于这一考虑 ,详细介绍了以有限元模型分析结果和基于广义遗传算法的主梁传感器测点优化布置为主要理论依据 ,最终形成的润扬大桥结构安全健康监测系统的传感器测点布置。     

基于自适应动态惩罚遗传算法的桥梁监测无线测点优化研究

针对桥梁监测的无线测点优化布置问题,提出一种基于自适应动态惩罚函数的改进广义遗传算法。首先针对无线传感器数量固定和通信距离有限的典型特征将桥梁监测无线测点优化布置表达为约束优化问题,无线传感器的数量和极限传输距离作为优化问题的约束;其次构建了一种能够根据解的偏离程度和种群中高适应度个体数量自动调整惩罚力度的自适应动态惩罚函数;然后采用精英保存机制和末位淘汰策略对基于二重结构编码的广义遗传算法进行了改进;最后利用一大跨悬索桥对该方法进行了验证,并进一步讨论了自适应动态惩罚函数对解的有效性和收敛速度的影响。结果表明:提出的自适应动态惩罚函数能够根据种群的特征自动改变惩罚尺度,保证无线传感器之间的距离小于极限通信距离,同时将无线数据传输距离对桥梁监测信息获取的影响降到最低;改进的广义遗传算法具有很强的全局快速寻优能力,能够快速搜索到全局最优解,优化结果不仅能够满足无线传感网络数据传输距离的要求,还能最大化无线测点的信息获取能力。     

Curling of concrete slabs on grade: experimental versus theoretical analysis

Bridge structures are very critical elements within a complex transportation system, and movable bridges are especially important because they provide an effective way for traffic to cross an active waterway granting passage to ships that would otherwise be blocked by the infrastructure. As a consequence, reliability assessment as well as health monitoring of movable bridge structures are challenging issues that deserve significant attention because structural failures or temporary out-of-service may have a tremendous socio-economic impact. In this perspective, the structural monitoring of movable bridge structures can support more reliable numerical simulations, thus increasing the consistency of the whole assessment process. Moving from these considerations, the present paper addresses the optimal sensor placement (OSP) for monitoring a historic swing bridge in Taranto (Italy) by means of dynamic measurements. First, the bridge structure and the structural model are briefly illustrated. Subsequently, the considered strategies for sensor positioning are presented. Comparative analyses are finally performed to support the experimental design for this special infrastructure.     

Response covariance-based sensor placement for structural damage detection

One important function of a structural health monitoring system is to detect structural damage in a structure. However, this is a very challenging task since the measurement is often incomplete in a civil structure due to a limited number of sensors. This paper presents a response covariance-based sensor placement method for structural damage detection with two objective functions for optimisation. The relationship between the covariance of acceleration responses and the covariance of unit impulse responses of a structure subjected to multiple white noise excitations is first derived. The response covariance-based damage detection method is then presented. Two objective functions based on the response covariance sensitivity and the response independence are, respectively, formulated and finally integrated into a single objective function for optimal sensor placement. Numerical studies are conducted to investigate the feasibility and effectiveness of the proposed method via a three-dimensional frame structure. Numerical results show that the proposed method with the backward sequential sensor placement algorithm is effective for damage detection.     

Optimal sensor placement for structural health monitoring based on multiple optimization strategies

Careful selection and placement of sensors are the critical issue in the construction and implementation of an effective structural health monitoring system. A hybrid method termed the optimal sensor placement strategy (OSPS) based on multiple optimization methods is proposed in this paper. The initial sensor placement is firstly obtained by the QR factorization. Then, using the minimization of the off‐diagonal elements in the modal assurance criterion matrix as a measure of the utility of a sensor configuration, the quantity of the sensors is determined by the forward and backward sequential sensor placement algorithm together. Finally, the locations of the sensor are determined by the dual‐structure coding‐based generalized genetic algorithm (GGA). Taking the scientific calculation software matlab (MathWorks, Natick, MA, USA) as a platform, an OSPS toolbox, which is working as a black box, is developed based on the command‐line compiling and graphical user interface‐aided graphical interface design. The characteristic and operation method of the toolbox are introduced in detail, and the scheme selection of the OSP is carried out on the world's tallest TV tower (Guangzhou New TV Tower) based on the developed toolbox. The results indicate that the proposed method is effective and the software package has a friendly interface, plenty of functions, good expansibility and is easy to operate, which can be easily applied in practical engineering. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.