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桥梁健康监测(番外) 数据分析之动挠度

上一篇主要介绍了数据分析包含的步骤和内容,针对不用的数据特性和监测项,选择的算法差异还是比较大的,今天我们主要讨论一下动挠度的数据分析相关内容。
——作者:张硕玉

 

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桥梁健康监测(番外)

 

首先,我们来分析一下运营桥梁结构挠度是由哪些成分构成的。

桥梁结构挠度是整体响应参数,桥梁在各种荷载和环境作用下的性能以及桥梁结构自身材料的变异,都可通过挠度反映出来。建成投入运营后的桥梁挠度变形成分构成如图所示:

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从图中可以得出结论,现场的采样频率设置时,不仅要考虑到较低的采样率会造成采样峰值过小,还要考虑到做频域分析时满足奈奎斯特采样定理。一般的建议采样率至少为分析频率的5倍以上,此时采样信号最大峰值较真实峰值的降低率百分比均值可以控制在3%以内。在对峰值要求严格的采样中,仍然需要进一步加大采样率,8~10倍采样率得到的信号峰值与真实信号已基本接近。

 

进行数据采集存储后,就要从桥梁结构安全评估的需要出发,实现实时车辆荷载挠度响应多级预警、结构变形长期跟踪、多源数据融合分析,分层深入综合诊断桥梁结构的受力状态、劣化过程,因此挠度监测数据主要应用于以下三个方面:

(1)实时车辆荷载挠度响应多级预警;

(2)冲击作用;

(3)结构长期变形趋势跟踪。

 

在进行结构状态评价分析时,需要针对不同效应成分分别进行评价,持久作用效应可用于结构损伤离线预警。运营的车辆荷载引起的作用效应等于动态作用响应(车辆振动引起)与静态作用效应(车辆自重引起)之和,而绝对动态作用效应受桥面不平整度、车辆类型、车辆行驶速度以及纵向车辆布置方式、外界噪声等多种因素影响,因此自重相同的车辆经过同一座桥梁结构其作用效应也存在差异。

 

《公路桥涵设计通用规范》(JTG  D60)中规定了在频遇值组合中,可变作用不计入冲击系数。为评价实际车辆荷载引起的作用效应是否超过设计频遇值下理论计算效应,以及评价实际车辆荷载下冲击作用是否超过理论冲击系数的作用,需进行准静态作用效应和动态作用响应的分离。

 

 

在进行动态信号的处理和分析尚需解决的技术问题就集中以下几个方面:
(1)由监测的动态效应数据提取运营荷载作用效应成分;

(2)基线(长期效应、温度效应、其它缓变效应等)是否发生突变及奇异的判定与校正;

(3)运营荷载作用效应中准静态成分和振动成分的分离;

(4)在给定置信度下温度效应的提取。

关于以上提到的四种数据处理方法,在工程实践中应用的方法很多,每种方法都有其优缺点,如运营荷载作用效应提取,可采用回归分析、经验模式分解(EMD)、小波分解、形态学滤波等方法;基线漂移程度判定与校正,可采用回归分析(线性、非线性)、时间序列分析或非参数检验突变等方法;运营荷载下准静态、动态效应分离,可采用移动平滑和滤波等方法;温度效应提取,可采用曲线拟合、基于最小二乘-支持向量机、神经网络等方法。

 

大家对这几种分析方法都有什么看法呢?对于图中所示的效果大家是否认可,欢迎大家一起评论区讨论呀。

 

 

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作者简介

 

张硕玉

路安交科(北京)监测科技有限公司技术工程师

主要从事基础设施智慧管养和智能监测相关工作。

主持参与了城市桥梁智慧管养平台、布达拉宫健康监测平台等多项软件开发工作

参与了多项行业技术规程的编制;参与了华清大桥、金城公铁立交大桥等多个大桥的健康监测工作