探地雷达技术作为一种无损监测高新技术,具有精度高、图像直观等特点。且应用于路面厚度监测的探地雷达具有较高的垂向分辨率,其监测结果与实际钻孔取芯结果相差不足3mm,精度已经达到设计的4%。监测设备应能够分辨1mm以上的路面裂缝,监测结果应采用计算机自动识别,识别准确率应达到90%以上。使上、下部结构的实际受力情况符合设计的计算图式。某块板梁单独承受荷载,加剧单板疲劳破坏,使桥梁上部结构处于极为不利的受力状态。......
2023-08-23
传感器是结构进行健康检测、监测的源头,其性能直接决定了检测、监测方法的优劣。传感器要求具有高度感受结构力学状态的能力,能够将应变、位移、加速度等测量参数直接转换成采集信号输出,它担负着感知外界环境变化、收集外界信息的任务,它必须具有足够的可靠性、敏感性和较高的反应速度,以便能迅速、准确地反应外部信息[9]。先进测试技术的发展要求传感元件具有尺寸要小而薄,不影响结构的外形和原结构材料易融合,对原结构材料的影响较小。传感的覆盖面要广,频率响应范围应和工程结构上其他电气设备兼容、受外界干扰小,在结构的使用温度范围内可以正常工作等特性。
通常传感器的选择主要考虑以下几个方面的因素:传感器类型的选择以及传感器的精度、分辨率、频响及动态范围、传感器布设位置、其周围动态环境的影响程度以及测量噪声的影响程度等。大型桥梁健康检测、监测过程中应用到的传感器主要用来测量加速度、速度、位移及应变等参数,由于桥梁结构尺寸庞大,同时自振频率往往非常低,结构的响应水平通常也非常小,因此,要求传感器必须具有频响范围广、低频响应好、测量范围大的特点。传统的传感器有压电式力传感器、加速度传感器、阻抗传感器、应变片等,它们已广泛应用于各类工程结构的实测中,这里不再赘述(目前新兴的传感器主要有疲劳寿命丝、压电材料传感器、碳纤维、半导体材料)。在桥梁结构的模型试验、现场监测和长期健康监测过程中,有关测试传感器在结构中的优化布置问题已越来越受到人们的重视。为了确保监测系统的测试和辨识结果的准确性和正确性,进行传感器的最优数目选择和测点定位优化设计是必要的[10]。
基于随机振动的大跨度桥梁的健康监测技术,其有效性首先建立在模态试验的好坏上,而传感器的类型、数量和安装位置对试验结果起着决定性的作用。由于客观因素的制约,传感器的数量总是有限的,如何安排有限数量的传感器从噪声信号中实现对结构状态改变的最优采集,是大跨度桥梁的健康监测的关键。振动模态试验的传感器布设问题最早是在轨道航天器的动态控制与系统识别中得到广泛研究的。最为人们熟知的方法是有效独立加法,此方法采用信息阵使感兴趣的模态向量尽可能地与线性无关,从而在试验数据中采集到最大的模态反应信息。模型缩减法也是一种常用的测点选择方法,通过刚度静力缩减或质量动力缩减子矩阵构成的转换矩阵,可以把那些对模态反应起主要作用的自由度保留下来作为测点的位置。如果选择恰当,静力缩减将能较好地保留低阶振型,而动力缩减则将可以较好地保存高阶振型。硒陌等则认为使测取的运动能矩阵最优即是选择传感器的一种良好手段。清华大学土木系在利用遗传算法寻找加速度传感器最优布点中,把测取的变形能最大作为遗传进化的适应值。同济大学桥梁工程系在他人工作的基础上,认为选择的测点位置应使所有模态向量的内积具有较小的余弦值,并探讨了这种思路在结构健康监测中的应用。总之,大型桥梁健康监测系统传感器的布设方案通常依据以下优化设计准则[11]:
图8-4 传感器的布设方案优化设计准则
(1)传递误差最小准则
该准则的要点是通过连续对传感器网络进行调整,逐步消除那些对目标参量的独立性贡献最小的自由度,以使目标的空间分辨率达到最佳程度,直至传递目标的误差达到最小值,从而使配置的传感器网络所获得的目标识别误差最小。
(2)模型缩减准则
在模型缩减中通常将结构的自由度区分为主要自由度和次要自由度,缩减以后的模型应保留主要自由度而去掉次要自由度。将传感器布设于这些主要自由度对应的位置上,测得的结构效应或响应能较好地反应结构的动、静力特性。
(3)插值拟合准则
传感器优化配置的目的是为了利用有限测点的响应来获得未测点位的响应。这时可采用插值拟合的方法获得目标点未测点位的响应,为了得到最佳效果,可采用插值拟合的误差最小原则来配置传感器。
(4)模态应变能准则
其基本思想是具有较大模态应变能的自由度上响应也比较大,将传感器配置于这些自由度所对应的位置上将有利于参数的识别。
有关冻土区桥梁桩基监测预报预警系统研究的文章
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2023-08-23
随着人们对桥梁质量安全、耐久性及日常使用功能的日渐关注,桥梁健康监测预警的研究与开发应运而生。在对冻土区桥梁桩基相关指标进行监测的基础上,利用预报预警系统对工程进行评估。首先应对冻土区桥梁桩基工程进行现场监测,分施工期监测和运营期监测,具体而言针对桩基工程的环境、整体结构、局部结构三个方面进行监测。结合大规模监测数据专家数据库建立解决冻土区桥梁桩基工程施工期与运营期的工程安全稳定的预报预警系统。......
2023-08-23
图8-1冻土区桥梁桩基结构预报预警系统组成第二部分是数据采集传输子系统。冻土区桥梁结构预报预警技术不只是传统的桥梁监测技术的简单改进,而是运用现代传感与通信技术,实时监测桥梁运营阶段在各种环境条件下的结构响应与行为,获取反映结构状况和环境因素的各种信息,并由此分析结构的健康状况、评估结构的可靠性,为冻土区桥梁桩基的管理与维修决策提供科学依据[2]。......
2023-08-23
桥梁桩基健康监测伴随着监测技术手段的发展经历了从短期监测到长期健康监测的过程。所以为了掌握桥梁桩基结构的运营状态和承载能力,保证桥梁桩基结构的安全性、耐久性和适用性,必须建立桥梁桩基结构健康监测来监测评估桥梁桩基的健康状况。③对采集到的数据进行实时分析,评估桥梁桩基健康状况并预测寿命,必要时预警报告。......
2023-08-23
全结构仿真分析比传统结构分析优点突出,但也不是说结构体系越大越好或越详尽越好[8],应考虑分析目的、计算成本以及结构的力学特性等因素,一般应考虑以下内容确定仿真模型的大小或“全”程度。例如简支结构的静力仿真分析,其传力途径明确,这时就可考虑上部结构和下部结构分开建模,而不必建立全部结构的模型。子结构分析原则对于大型的混凝土结构,当建立很“全”的仿真分析模型时,会因自由度过多而大大降低计算效率。......
2023-08-23
从20世纪末,结构控制研究热点转向结构健康监测系统。十多年来,桥梁桩基监测逐渐受到关注并得到很大的发展。国外自80年代中期开始建立桥梁桩基监测系统。目前,我国的桥梁桩基监测水平与世界先进水平尚存在一定的差距。从90年代起,我国开始将各种桥梁桩基监测系统应用在一些大型重要桥梁上,用来对桥梁运营阶段信息进行实时监测。常规方法精度高、可靠性高,但效率低、工作量大,不利于桥梁的长期健康监测。......
2023-08-23
按照《公路桥梁承载力检测评定规范》《公路桥涵设计通用规范》等规范,应当对非冻土区桥梁桩基进行环境温度及桥上温度监测、桥梁桩基风化程度监测、桥址处风速、风向监测以及车辆荷载监测。车辆荷载监测高速列车组经过冻土区桥梁桩基时,从动力学角度看,铁路机车或车辆是由车厢、转向架、轮对以及弹簧悬挂装置所组成。具体可参考《公路桥涵设计通用规范》对冻土区车辆荷载对桥梁桩基的影响效应进行评定。......
2023-08-23
旱桥桩基已经成为青藏铁路跨越极不稳定地层尤其是河湖遍布、地下冰发育、冻结层上水丰富如沱沱河、楚玛尔河、清水河等地区的主要路基形式之一,得到比较广泛的应用。分析桩基病害情况及其影响因素,研究人员认识到,冻土区桩基设计往往来考虑桩基的抗冻拔能力,我国东北地区的寒区结构物如桩、柱基础经常发生冻拔破坏。表1-1国内多年冻土区桩基试验研究基本状况......
2023-08-23
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