CN105067209B - 基于桥梁健康监测变形数据判定桥梁结构刚度变化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于桥梁健康监测变形数据判定桥梁结构刚度变化的方法，具体判定分六个步骤，对桥梁结构进行分析；在车辆上桥位置安装动态称重***对车辆荷载进行监测；掌握正常情况下的桥梁荷载数据；收集桥梁一个月或更长时间内的挠度变形数据，建立标准模型图；建立标准模型图之后，需要继续采集一段时间的挠度变形与车辆荷载数据，确保模型的准确性；实现桥梁刚度的变化判别。本发明通过构建桥梁构件刚度变化与变形正态分布曲线图之间的关系模型，得到通过桥梁变形值的变化规律来判定桥梁刚度的变化；本发明与传统的静载试验相比，无需浪费大量人力、物力，无需阻断桥梁交通，对桥梁健康监测数据的深度挖掘与应用起到了积极的推动作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种判定桥梁结构刚度变化的方法，尤其涉及一种基于桥梁健康监测变形数据判定桥梁结构刚度变化的方法，属于桥梁健康监测技术领域。
背景技术
目前桥梁刚度的变化状况主要采用的是测量桥跨截面的挠度变形情况来确定。而目前最常用的试验方法是静力荷载试验，通过测定桥梁在加载试验荷载作用下的挠度变化情况，通过承载力换算来计算桥梁的刚度变化情况，从而保证桥梁的运营安全。但静力荷载试验投入人力、物力、财力较大，且试验需阻断交通，对桥梁的正常运行具有一定影响，且此实验无法模拟桥梁在动荷载持续作用下的桥梁刚度的损伤情况，属于“后知后觉”的一种检测手段，无法做到长期对桥梁的刚度变化情况进行监控，无法起到提前预警的作用。
发明内容
为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种基于桥梁健康监测变形数据判定桥梁结构刚度变化的方法。
为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于桥梁健康监测变形数据判定桥梁结构刚度变化的方法，具体判定步骤为：
I、对桥梁结构进行分析，在桥梁关键截面1/4跨及跨中位置安装位移传感器，利用铠甲光缆将传感的采集到的信号发送到采集仪上，通过采集仪进行信号的解析，通过计算机将传感的监测信号转变为桥梁挠度变形数据；
II、在车辆上桥位置安装动态称重***对车辆荷载进行监测，称重传感器将实时采集到的车辆荷载信号传输到综合数据采集仪上，通过动态称重***对数据进行分析计算，得到最终的桥梁车辆荷载数据；
III、采集一个月或更长时间的车辆荷载数据，运用轴载谱分析工具对桥梁展开轴载谱分析，掌握正常情况下的桥梁荷载数据；
IV、收集桥梁一个月或更长时间内的挠度变形数据，根据车辆荷载的监测情况剔除异常数据-超重荷载，并运用统计工具对数据进行统计分析，计算得出正常使用状态下的挠度变形分布曲线的均值μ和标准差σ，建立标准模型图；
标准模型图的建立步骤为：
(1)、当桥面通行荷载相对稳定、桥梁处于正常状态时，桥梁某区域的变形值分布规律应趋于正态分布曲线，且根据正态分布曲线得出相关的μ，σ值；其中σ1值在较长一段时间内是在一个区间内变化，通过统计得出具体的区间值；
(2)、在通行荷载正常的情况下当桥梁刚度出现损伤时，其μ值基本不会变化，σ3会发生较大变化，σ1＜σ3，|σ3-σ1|/σ3的大小表明结构刚度的具体损失量；
(3)、当桥梁修复之后，如在车辆荷载正常的情况下，桥梁通过加固及其他手段对其进行修复时，桥梁的刚度会随之增加，但很难完全恢复到新建状态，分布曲线的μ值基本不会变化，但σ2会较修复之前有较大变化，σ2＜σ3。|σ3-σ2|/σ2的大小表明结构刚度的具体恢复量；
(4)、通过结构损伤前后的刚度变化规律和修复前后的刚度变化规律结合σ的变化情况，建立每座桥梁的刚度与σ的关系模型，并通过实测σ的变化情况来推定桥梁结构刚度的损失与恢复情况；
V、在建立标准模型图之后，需要继续采集一段时间的挠度变形与车辆荷载数据，通过数据筛选和数据统计对挠度变形模型参数均值μ和标准差σ进行进一步修正，确保模型的准确性；
VI、挠度变形模型进行修正之后即可将收集的桥梁挠度变形监测数据，剔除异常数据后，进行统计分析，将计算结果与标准模型进行比较分析，包括标准模型图对比分析和参数对比分析，实现桥梁刚度的变化判别。
本发明通过构建桥梁构件刚度变化与变形正态分布曲线图之间的关系模型，得到通过桥梁变形值的变化规律来判定桥梁刚度的变化；本发明与传统的静载试验相比，无需浪费大量人力、物力，无需阻断桥梁交通，为桥梁管养单位对桥梁的病害诊断及养护管理提供了定量的判定条件，大大提高了桥梁健康监测数据的应用价值；也实现了对桥梁健康监测***中大量数据的整合及定量分析，对目前桥梁健康监测***中海量数据的深度挖掘与应用起到了积极的推动作用。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为初始状态下桥梁变形值的正态分布曲线图。
图2为在通行荷载正常的情况下当桥梁刚度出现损伤时，其变形统计曲线图。
图3为当桥梁修复之后，桥梁刚度部分恢复之后的桥梁变形正态分布曲线图。
图4为结构刚度正常工作与刚度损失及刚度恢复的相关关系图。
具体实施方式
如图1-图4所示，本发明的具体判定步骤如下：
1、对桥梁结构进行分析，在桥梁关键截面1/4跨及跨中位置安装位移传感器，利用铠甲光缆将传感的采集到的信号发送到采集仪上，通过采集仪进行信号的解析，通过计算机将传感的监测信号转变为桥梁挠度变形数据；
2、在车辆上桥位置安装动态称重***对车辆荷载进行监测，称重传感器将实时采集到的车辆荷载信号传输到综合数据采集仪上，通过动态称重***对数据进行分析计算，得到最终的桥梁车辆荷载数据；
3、采集一段时间内(一个月或更长)的车辆荷载数据，运用轴载谱分析工具对桥梁展开轴载谱分析，掌握正常情况下的桥梁荷载数据；
4、收集桥梁一段时间(一个月或更长)内的挠度变形数据，根据车辆荷载的监测情况剔除异常数据(超重荷载)，并运用统计工具对数据进行统计分析，计算得出正常使用状态下的挠度变形分布曲线的均值μ和标准差σ，建立标准模型图；
标准模型图的建立步骤为：
(1)、当桥面通行荷载相对稳定、桥梁处于正常状态时，桥梁某区域的变形值分布规律应趋于正态分布曲线，且可以根据正态分布曲线得出相关的μ，σ值。其中σ1值在较长一段时间内是在一个区间内变化，可以通过统计得出具体的区间值，桥梁一段时间内的变形值如图1所示；
(2)、在通行荷载正常的情况下当桥梁刚度出现损伤时，其μ值基本不会变化，但σ3会发生较大变化，其变形统计曲线如图2所示，σ1＜σ3，|σ3-σ1|/σ3的大小表明结构刚度的具体损失量；
(3)、当桥梁修复之后，桥梁刚度部分恢复之后的桥梁变形正态分布曲线图，如图3所示，在车辆荷载正常的情况下，桥梁通过加固及其他手段对其进行修复时，桥梁的刚度会随之增加，但很难完全恢复到新建状态，分布曲线的μ值基本不会变化，但σ2会较修复之前有较大变化，其变形统计曲线可能如下图所示，σ2＜σ3。|σ3-σ2|/σ2的大小表明结构刚度的具体恢复量；
(4)、结构刚度正常工作与刚度损失及刚度恢复的相关关系图，通过结构损伤前后的刚度变化规律和修复前后的刚度变化规律结合σ的变化情况，建立每座桥梁的刚度与σ的关系模型，并通过实测σ的变化情况来推定桥梁结构刚度的损失与恢复情况。
5、在建立标准模型图之后，需要继续采集一段时间的挠度变形与车辆荷载数据，还是通过数据筛选和数据统计对挠度变形模型参数(均值μ和标准差σ)进行进一步修正，确保模型的准确性；
6、挠度变形模型进行修正之后即可将收集的桥梁挠度变形监测数据(剔除异常数据后)进行统计分析，将计算结果与标准模型进行比较分析，包括标准模型图对比分析和参数对比分析，进而实现桥梁刚度的变化判别。
图中，p(δ)为概率密度函数；δ为随机变量；μ为均数(均值)；σ为标准差。
上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种基于桥梁健康监测变形数据判定桥梁结构刚度变化的方法，其特征在于：具体判定步骤为：
I、对桥梁结构进行分析，在桥梁关键截面1/4跨及跨中位置安装位移传感器，利用铠甲光缆将传感的采集到的信号发送到采集仪上，通过采集仪进行信号的解析，通过计算机将传感的监测信号转变为桥梁挠度变形数据；
II、在车辆上桥位置安装动态称重***对车辆荷载进行监测，称重传感器将实时采集到的车辆荷载信号传输到综合数据采集仪上，通过动态称重***对数据进行分析计算，得到最终的桥梁车辆荷载数据；
III、采集一个月或更长时间的车辆荷载数据，运用轴载谱分析工具对桥梁展开轴载谱分析，掌握正常情况下的桥梁荷载数据；
IV、收集桥梁一个月或更长时间内的挠度变形数据，根据车辆荷载的监测情况剔除异常数据-超重荷载，并运用统计工具对数据进行统计分析，计算得出正常使用状态下的挠度变形分布曲线的均值μ和标准差σ，建立标准模型图；
标准模型图的建立步骤为：
(1)、当桥面通行荷载相对稳定、桥梁处于正常状态时，桥梁某区域的变形值分布规律应趋于正态分布曲线，且根据正态分布曲线得出相关的μ，σ值；其中σ1值在较长一段时间内是在一个区间内变化，通过统计得出具体的区间值；
(2)、在通行荷载正常的情况下当桥梁刚度出现损伤时，其μ值基本不会变化，σ3会发生较大变化，σ1＜σ3，|σ3-σ1|/σ3的大小表明结构刚度的具体损失量；
(3)、当桥梁修复之后，如在车辆荷载正常的情况下，桥梁通过加固及其他手段对其进行修复时，桥梁的刚度会随之增加，但很难完全恢复到新建状态，分布曲线的μ值基本不会变化，但σ2会较修复之前有较大变化，σ2＜σ3；|σ3-σ2|/σ2的大小表明结构刚度的具体恢复量；
(4)、通过结构损伤前后的刚度变化规律和修复前后的刚度变化规律结合σ的变化情况，建立每座桥梁的刚度与σ的关系模型，并通过实测σ的变化情况来推定桥梁结构刚度的损失与恢复情况；
V、在建立标准模型图之后，需要继续采集一段时间的挠度变形与车辆荷载数据，通过数据筛选和数据统计对挠度变形模型参数均值μ和标准差σ进行进一步修正，确保模型的准确性；
VI、挠度变形模型进行修正之后即可将收集的桥梁挠度变形监测数据，剔除异常数据后，进行统计分析，将计算结果与标准模型进行比较分析，包括标准模型图对比分析和参数对比分析，实现桥梁刚度的变化判别。
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Address after: 102200, Beijing Changping District science and Technology Park, super Road, No. 37, No. 6, building 4, No. 1039 Patentee after: BEIJING TEXIDA TRAFFIC FOUNDATION FACILITY CONSULTANT Co.,Ltd. Address before: 102200, Beijing Changping District science and Technology Park, super Road, No. 37, No. 6, building 4, No. 1039 Patentee before: BEIJING TEXIDA TRANSPORTATION FACILITIES CONSULTANTS CO.,LTD. |
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Effective date of registration: 20210816 Address after: 211112 No. 1009, Tianyuan East Road, Jiangning District, Nanjing, Jiangsu Province (Jiangning Gaoxin Park) Patentee after: Dongqu Intelligent Transportation Infrastructure Technology (Jiangsu) Co.,Ltd. Address before: 102200 Beijing Changping District Science and Technology Park, No. 37 Qianqian Road, Building No. 6, Floor 4, 1039 Patentee before: BEIJING TEXIDA TRAFFIC FOUNDATION FACILITY CONSULTANT Co.,Ltd. |
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Denomination of invention: A Method for Determining the Stiffness Change of Bridge Structures Based on Deformation Data from Bridge Health Monitoring Effective date of registration: 20230428 Granted publication date: 20180119 Pledgee: Bank of Nanjing Co.,Ltd. Jiangning sub branch Pledgor: Dongqu Intelligent Transportation Infrastructure Technology (Jiangsu) Co.,Ltd. Registration number: Y2023980039534 |
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Granted publication date: 20180119 Pledgee: Bank of Nanjing Co.,Ltd. Jiangning sub branch Pledgor: Dongqu Intelligent Transportation Infrastructure Technology (Jiangsu) Co.,Ltd. Registration number: Y2023980039534 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A method for determining the stiffness changes of bridge structures based on deformation data from bridge health monitoring Granted publication date: 20180119 Pledgee: Bank of Nanjing Co.,Ltd. Jiangning sub branch Pledgor: Dongqu Intelligent Transportation Infrastructure Technology (Jiangsu) Co.,Ltd. Registration number: Y2024980017464 |