桥梁面相学及其研究进展

为了探索更加实效、经济、便捷、可信的桥梁安全状态检(监)测新方法,受中医望、闻、问、切诊断人体健康状态理念启迪,提出了依据桥梁外观形态变化来获知结构近期安全状态的桥梁面相学;总结了10多年来基于桥梁面相学的桥梁安全状态检(监)研究进展;介绍了基于定点相机平转+竖转拍摄的桥梁动静影像全息性态监测系统、基于激光雷达+全景数码相机拍摄的WWWQ-G桥梁安全巡检车、基于普通摄像头拍摄的常规跨径桥梁安全监测系统和基于定点旋转测量装置的拉索性态远距全域视频检测系统的构成理论,以及各系统应用于桥梁构件损伤检测的试验研究案例和实际工程应用案例;展望了融合“测点传感器+机器视觉”实现桥梁结构状态的“精+密”监测方法及其应用前景。

剪刀撑水泥砂浆网薄层加固低强度砂浆砖砌体拟静力试验

对低强度砂浆砖砌体墙片经过剪刀撑水泥砂浆网薄层加固后,与未加固砌体墙片在相同竖向压应力下进行拟静力对比试验。试验结果表明,对于砂浆强度很低的砌体,剪刀撑水泥砂浆网薄层加固能有效增强砌体的抗震性能,其极限荷载、极限位移、抗侧刚度均比未加固墙体有明显提高,延性比有所降低。在此基础上讨论了剪刀撑水泥砂浆网薄层加固砌体结构墙体的抗剪承载力计算模型,并提出了抗剪承载力建议公式,公式值与试验值符合较好。结论可为公程设计人员提供参考依据。

剪刀撑钢筋网薄层加固砌体墙体非线性有限元分析

剪刀撑钢筋网薄层是沿墙体主拉应力方向布置的加固面层,采用非线性有限元分析来研究剪刀撑钢筋网薄层加固法加固砌体墙体的抗震性能。分析结果表明,采用剪刀撑钢筋网薄层加固后墙体的抗剪承载力较未加固墙体提高56%,延性比提高73%;加固后墙体抗剪承载力随墙顶位移的增加上升平稳,裂缝发展充分,加固面层的存在有效的缩短了加固前墙体的屈服台阶;剪刀撑钢筋网能通过受拉钢筋防止墙体过早的进入完全塑性变形阶段。给出的有限元分析结果和建议可供工程设计参考。

桥梁结构连续线形监测方法

为解决因桥梁测点有限导致结构安全状态评价困难的问题,基于数字图像对结构形态的全场描述能力提出了一种基于桥梁图像边缘特征点的连续线形监测方法。在实验室制作了长7 m的钢-桁混凝土组合梁试件,获取了不同工况下试验梁的数字图像。通过尺度不变特征变换算法(SIFT)提取了试验梁图像的特征点,发现了试验梁图像特征存在局部边缘特征不连续、像素缺失的问题。采用了灰度形态学理论对图像进行处理,通过灰度形态学的开运算与闭运算连接了试验梁图像的边缘断点,改善了试验梁图像边缘特征的连续性。提出了一种基于桥梁已知构件尺寸的图像监测分辨率标定方法,对图像的像素尺寸进行了标定,得到了试验梁图像的监测分辨率。提取了试验梁下部边缘线形,发现不同工况下结构的边缘线形受噪声影响呈现相似的规律性的震荡,提出了一种叠差分析方法对含噪边缘进行处理,得到了连续平滑的试验梁挠度曲线。结果表明:挠度曲线最大误差为4.92%,平均误差为2.09%。该方法首次在自然纹理条件下实现了桥梁连续线形监测,将传统结构单点监测扩展至连续线形监测,显著提升了监测数据的完备性。研究成果可为桥梁经常性安全监测及诊断提供经济有效的新方法。

剪刀撑水泥砂浆网薄层加固砌体墙体拟静力试验

主拉应力破坏是砌体结构在地震荷载作用下最常见的一种破坏形式,剪刀撑水泥砂浆网薄层加固法就是针对砌体结构抵抗主拉应力不足的一种加固方法。为了考察该方法加固砌体墙体的受力性能及加固效果,对6片砂浆强度不同、加固方法不同的墙体试件进行了拟静力试验。试验结果表明:剪刀撑水泥砂浆网薄层加固法能够明显提高砌体墙体的抗剪承载力;该方法更适合于加固砂浆强度较低的砌体墙体;采用该方法加固后的砌体墙体破坏形式以剪切滑移破坏为主;加固面层能够与原有墙体较好地共同工作。目前剪刀撑水泥砂浆网薄层加固法是一个崭新的课题,该拟静力试验给出的试验分析结果和建议可供相关研究和加固工程设计参考。

剪刀撑水泥砂浆网薄层加固砌体墙刚度退化特性研究

为了解剪刀撑水泥砂浆网薄层加固砌体墙的刚度退化特性,探索剪刀撑水泥砂浆网薄层加固法的适用条件,对6片砂浆强度不同、加固方法不同的墙体试件进行拟静力试验。试验结果表明,砌体墙双面加固较单面加固的初始刚度有明显提高;各加固墙体试件的刚度衰减较快;单面剪刀撑水泥砂浆网薄层加固法宜针对砂浆强度较低的砌体墙加固,双面剪刀撑水泥砂浆网薄层加固法适宜针对砂浆强度正常或较高的砌体墙加固。给出的试验分析结果和建议可供工程设计参考。

现浇混凝土无肋空心板试验及有限元分析

通过对现浇混凝土无肋空心板的荷载试验,主要研究了现浇混凝土无肋空心板的受力与变形性能,并用ANSYS有限元软件对试验模型进行了分析。试验研究表明,现浇混凝土无肋空心板的受力与变形性能与普通实心板相似,可分为弹性变形、弹塑性变形和塑性变形3个变形阶段,现浇混凝土无肋空心板在不同阶段对外加荷载变形响应特征明显。裂缝发展伴随整个试验过程,每个阶段裂缝的发展呈现明显的特征性,最后破坏时,裂缝的充分发展证明了板良好的塑性变形性能,以及裂缝分布情况说明现浇混凝土无肋空心板的破坏符合塑性铰理论。ANSYS软件结果分析与试验结果符合良好。

基于桥梁自然纹理的全场位移监测方法

结构健康监测系统在桥梁上的测点十分有限,测试数据不完备导致结构安全状态评价困难。提出一种自然纹理条件下的结构全场位移监测方法。通过尺度不变特征变换算法提取结构表面自然纹理特征点,将提取的自然纹理特征点作为结构变形前后的点源数据,通过特征点匹配建立起变形前后特征点的位置关系。进一步,建立结构变形前后自然纹理特征点相对位置变化数学模型,提出结构全场位移矢量计算理论。最后,通过试验梁对方法进行验证,获得了试验梁的全场位移监测结果。验证结果显示,结构边缘挠度最大误差4.94%,平均误差为2.08%,全场位移矢量最大长度误差0.68 mm,最大角度误差0.76°,计算得到的全场位移矢量与结构实际变形一致。

基于数字图像处理技术的简支桥墩-梁偏位试验研究

为了探究量大面广的中小跨径桥梁墩-梁偏位监测困难的问题,提出了一种基于数字图像处理技术的墩-梁偏位计算方法。首先,根据摄像机的内外参数推导了图像像素尺寸与实际物理尺寸的像素尺度因子解析式,通过该解析式建立起图像监测坐标系与实际监测坐标系之间的映射关系。然后,进一步通过摄像头获取偏位前后数字图像,利用数字图像处理技术获取主梁底边特征点偏位前后图像特征点坐标。最后,通过像素尺度因子解析式结合特征角点坐标快速计算出墩梁结合部位的偏位位移量。对上述方法开展了室内模型试验,设计制作了桥梁墩-梁结合部位的模型,通过一个摄像头实现了墩-梁结合部位的图像采集。模拟实际工程中3种墩-梁偏位工况,采集了每种工况的图像,通过该方法得到了每种工况的墩-梁偏位计算值。结果表明:墩-梁偏位测试的平均误差为8.33%,平均误差偏移量为0.652 mm;测试误差与偏位量呈现相关性,偏位量越小误差越大。当偏移量小于5 mm的工况,平均误差为14.06%;偏移量在5~10 mm之间的工况,平均误差为7.75%;当偏位量大于10 mm时,平均误差为3.17%,误差小于5%;该方法具有成本低、维护方便、识别效率高、稳定性好等突出优势,对实际工程中常见的墩梁偏位具有良好的识别效果。

某中学教学楼的检测鉴定与处理建议

某中学教学楼建设在山区已稳定的滑坡坡地,建成后出现持续的裂缝、倾斜现象,汶川"5.12"地震后加重明显;根据对建筑异常的检测、分析,本文认为是由于建设场地土体蠕动的水平推力导致建筑损伤,给出类似场地建设的建议。

基于变形轮廓线跟踪的结构整体变形监测方法

传统的结构变形监测通常依据数个"独立点"的变形观测数据,尚未全面把握结构整体及各个部分的变形分布,特别对于大型结构物,测量点众多,难以获得能够表征结构整体及局部安全状况的变形信息。针对该问题,提出一种基于图像透视变换和图像边缘检测处理技术的结构整体变形监测方法。针对桥梁等大型结构物周边地形地貌较为复杂,往往难以获取结构物立面正轴投影的数字图像问题,提出通过图像透视变换来间接获取结构物正视投影,使之较好反映结构物立面轮廓线形;考虑结构物轮廓线由于结构自身或外界原因可能存在局部缺陷的问题,提出基于影像轮廓线叠差算法消除边界局部缺陷影响的处理方法,使之较好地获取结构物整体连续变形;分别采用Sobel,Prewitt,Roberts,Log,Canny这5种边缘检测算子对结构正视投影图像进行边缘检测处理,得出Log边缘检测算子在结构整体变形监测中应用效果较好,边缘检测处理结果较为理想。将该变形监测方法应用到钢桁-混凝土组合梁的加载试验中,对各级加载工况下的试验梁全梁影像进行处理,并分别与传统"点式"测量(百分表)进行对比,结果表明通过该方法可获取试验梁全梁向的整体变形,具有较好的精度和可靠性,相比较于"点式"测量能更好地体现试验梁的整体位移和变形分布。

基于全息变形和遗传算法的装配式钢混组合梁损伤识别研究

针对一片装配式钢混组合试验梁,依次开展了在无损伤和多种损伤工况下相同试验荷载的加载试验,运用叠差分析与轮廓线提取算法对全息拼接图像进行处理,得到结构全息轮廓线以及结构全息变形数据。将初始全息变形与目标全息变形作为输入,结构全息轮廓线为损伤表征因子,通过改进的遗传算法在ANSYS二次开发接口APDL中对目标全息变形进行刚度矩阵折减系数全局最优解的求解。结果表明:全息变形位移曲线在正常无损变形和有损异常变形特征描述上具有较强的判别性,全息变形与百分表实测挠度值在所有试验工况下全梁L/4、L/2、3L/4处挠度值平均误差最大为6.9%,改进的遗传算法对试验梁损伤位置及程度识别精度较高,损伤识别结果与试验结果基本吻合。为后续研究该桥型的结构状态识别与结构健康监测奠定了基础,全息变形以及损伤识别算法亦可供其他桥梁参考。

模糊图像的不连续边缘智能检测改进算法

针对传统不连续边缘检测算法利用增强图像边缘对比度进行检测,只适用于检测灰度值变化不强烈及含有普通噪声的图像边缘,检测性能具有局限性的问题,提出一种模糊图像的不连续边缘智能检测改进算法.首先通过广义交叉验证准则获取图像噪声方差估计值,对图像中高斯噪声进行判别,使用自适应模糊滤波器对含噪图像进行模糊滤波处理;然后采用改进模糊图像边缘检测算法,按图像含噪情形制定边缘检测策略,获取模糊图像边缘;最后通过灰度形态学的模糊图像不连续边缘检测算法,对模糊图像边缘受灰度值不均匀变化形成的膨胀、腐蚀、形态学梯度型不连续边缘进行检测.实验结果表明,该算法抗噪性较高,模糊图像不连续边缘检测的结果更清晰、完整。

欧拉运动放大算法在桥梁振动分析中的试验研究

为发展新的桥梁动态位移识别和分析方法,解决桥梁非接触式动态位移测量中的振动显微问题,将欧拉运动放大算法应用于桥梁振动分析。首先利用普通摄像机连续采集一系列桥梁数字影像。而后通过欧拉运动放大算法,对桥梁的连续图像序列进行空域分解,使用对微弱运动敏感的时域带通滤波器进行滤波,得到连续图像序列中的微小振动,再对低频的振动信号采用信号放大处理。随后,通过对振动放大后的数字影像进行帧数分解,获得常规视频采样频率下的桥梁试件振动时间历程序列,最后通过对图像序列中标记点的边缘特征分析,得到了试验桥梁标记点的动态位移测量结果。通过与位移传感器测量结果和百分表的比较,证明所采用和提出的分析方法是可行的,能够满足桥梁动态位移测量的应用需求,也能够针对桥梁的某些振动特性开展初步的定量分析,做到对桥梁结构的微小振动位移进行识别。

冬季猪病流行新特点及预防措施

进入冬季特别是11月份以后，气候逐渐寒冷，温度逐渐下降，养殖业进入一年中较为难度过的“寒冷期”，特别是养猪也进入了一年中较为集中的母猪产子高峰期，疾病的发生极为频繁，伤亡率较高。同时病毒开始活跃还易造成病毒性流行病的发生，如流行性感冒、喘气病、流行性腹泻、传染性胃肠炎等，特别是规模化猪场又避不开这一季节，冬季养猪伤亡率高一直是养猪业的痼疾。

基于欧拉运动放大算法的桥梁振动分析

利用普通摄像机连续采集一系列桥梁数字影像,而后经欧拉运动放大相关算法对桥梁的微振动进行放大,通过对振动放大后的数字影像进行帧数分解,获得常规视频采样频率下的桥梁试件振动时间历程序列,最后通过对图像序列中标记点的边缘特征分析,得到了试验桥梁标记点的动态位移测量结果。通过与位移传感器测量结果和百变表的比较证明,所采用和提出的分析方法是可行的,能够满足桥梁动态位移测量的应用需求,也能够针对桥梁的某些振动特性开展初步的定量分析,做到对桥梁结构的微小振动位移进行识别。

大跨度桥梁变形三维激光扫描结果与有限元模拟对比分析

传统的桥梁变形监测方法只能把握数个独立点的观测形变数据,不能全面控制大跨度桥梁各部分的变形数据。现提出将车载三维激光扫描技术用于桥面几何形态数据采集的方法,将其应用于结构物的三维重建工作中,直接对结构物表面进行三维测量,采用三维阵列点云的方式来生成结构物表面的三维形态并记录点位坐标,打破了传统的桥梁变形监测方法仅有数个独立点的局限性,扩大了桥面变形监测范围,提高了结构物的观测精度,并能快速、完整地进行量测。采用有限元分析软件MIDAS CIVIL对该特大桥主桥进行建模,得到各温差下结构的理论变形数据,与车载三维激光扫描得到的实际测量结果进行对比,发现实测值具有较高的精度和可靠性。车载三维激光扫描技术可得到桥梁点-线-面的整体变形监测结果,相较传统的桥面变形监测而言,该方法则侧重结构整体变形特征,并消除了在测量过程中对交通运营的不利性,有较好的工程应用前景。

基于摄影测量获取边缘轮廓线的结构变形监测方法研究

提出了一种基于连续图像序列精密拼接的结构变形监测方法。首先,开展了室内钢桁-混凝土组合梁静载试验,对试验梁进行移轴摄影,获得了试验梁的连续图像序列。在此基础上,利用SIFT算法对采集的连续图像序列进行精密拼接,得到了试件的高精度拼接图像;对上述图像进行边缘检测,提取出了结构的连续轮廓线型。考虑结构轮廓边缘由于监测环境噪声影响导致的边缘震荡,提出了一种影像轮廓线叠差方法来消除结构边缘的震荡效应。最后通过叠差分析得到了结构变形前后的连续相对变形值。验证结果显示,相较传统单点检测而言,提出的结构边缘轮廓提取方法能够直观完整地反映结构的整体变形,变形监测误差在5%以内。

基于NURBS曲面叠差分析的桥面变形监测方法

将车载三维激光技术引入到桥梁整体变形监测中,以主跨432 m的特大跨钢桁架上承式拱桥为背景,采用三维激光扫描技术对其进行温度变形研究,并对采集的数据进行处理。对基于车载三维激光扫描点云数据的NURBS曲面提出了一种新的变形测量方法,得到整个桥面的变形测量结果,再与水准仪的测量结果进行比较。结果表明,基于NURBS曲面的分析处理方法获得的变形测量值具有良好的精度和可靠性。该方法与现有的单点监测相比,弥补了其缺乏线性变形以及整体变形特性不足,有较好的应用前景。

基于车载三维激光扫描结果的桥面变形分析

车载三维激光扫描技术能够直接对目标结构表面进行三维量测,并采用三维阵列点云的方式来生成结构物表面的三维形态和记录点位坐标,打破了传统的桥梁变形监测方法仅有数个独立点的局限性,扩大了桥面变形监测范围,提高了结构物的观测精度,并能快速、完整的进行量测。将车载三维激光扫描技术引入到桥梁变形监测中,基于全长331. 2 m的预应力混凝土连续-刚构桥为背景,采用三维激光扫描技术对其温度变形进行探索。在监测环境温差20℃范围内,进行多次桥面几何形态数据采集,并对采集的数据进行处理。对基于车载三维激光扫描点云数据的NURBS(non-uniform rational B-splines)曲面提出了一种新的变形测量方法,得到整个桥面的变形测量结果,再与采用有限元分析软件MIDAS CIVIL建模得到的各温差下理论变形数据进行对比,发现基于NURBS曲面的分析处理方法获得的变形测量值具有良好的精度和可靠性,并能够获取桥梁点-线-面的整体变形监测结果,与单点变形监测相比,弥补了其缺乏线性变形及整体变形特征的不足,有较好的工程应用前景。