基于EDA统计图量化的桥梁动态监测数据质量评估

探索性数据分析统计图在桥梁健康监测动态数据质量评估中已有广泛应用。为了减少人工观察统计图的主观性,通过近似度量方法实现统计图的量化分析,得到多个指标对监测数据进行快速质量评估。在运营环境激励作用下,桥梁结构动力响应具有短时线性平稳性,近似服从正态分布。以某大跨斜拉桥振动数据为研究对象,首先,绘制样本数据直方图和Q-Q图,通过观察数据分布特征预先判断数据质量,确定优、良和差3个等级。然后,分别通过KL散度和余弦相似度2种近似度量方法对样本数据直方图和Q-Q图进行量化,得到数据服从正态分布程度的指标;通过箱线图检测样本数据全局异常点,得到正常数据占比;统计分析得到量化值和先验质量等级的对应关系,确定以直方图KL散度和余弦相似度为主、以箱线图正常数据占比为辅的数据质量评估标准。最后,取部分数据为验证集,进一步验证所提方法各个指标的合理性,并给出该方法在实际工程上的应用结果。

桥梁健康监测数据的质量评估方法研究

桥梁健康监测数据的挖掘和分析工作只有在整体数据质量符合基本要求的有效数据基础上进行,才能保障如模态参数识别、损伤识别和状态评估等后续工作的准确性。因此,基于量化改进的探索性分析方法(Exploratory Data Analysis,EDA)和相关性分析从数据完整性、准确性和一致性的角度建立了桥梁健康监测静、动态数据的质量评估方法。对某大跨度斜拉桥健康监测系统的静、动态数据进行质量评估,通过对比分析了不同评估质量的温度数据、静挠度数据和不同评估质量的主梁竖向加速度动力信号的模态参数识别的稳定图,验证了所提方法的正确性。结果表明,所提评估方法能够快速有效地判断数据质量的好坏,进而确保桥梁结构的服役性能评估和预测的准确性,有利于提高健康监测数据的可用性和效能。

大跨度铁路斜拉桥索力快速识别方法研究

大跨度铁路桥梁天窗时间有限且上道条件苛刻,如何基于常规监测设备利用简易方式实现大跨度铁路斜拉桥索力高精度识别十分重要。研究提出一种考虑斜拉索抗弯刚度的索力快速识别方法,既可提高索力识别精度又可大量简化运营期索力识别步骤,且不受拉索边界条件和铁路桥梁实际运营状态的限制。研究表明,抗弯刚度是对索力识别精度影响较大的因素之一,通过考虑拉索实际抗弯刚度可以提高索力识别的准确性,基于拉索加速度振动实测数据在拉索简支梁模型基础上建立索频、索力以及抗弯刚度的函数关系,通过数值方法计算实测多阶模态下抗弯刚度—索力连续变化图,再通过多阶模态的交线则可进一步确定拉索的唯一抗弯刚度和索力值,并以某大跨度铁路斜拉桥为依托工程,对方法的有效性进行了验证。结果表明:(1)该方法识别的索力结果相对误差可降低5.22%,换算成绝对索力值可达254.45 kN;(2)在实际应用中识别结果易受到低阶频率干扰,宜采用拉索高阶频率进行识别,建议采用5阶及以上实测频率。

基于自适应变分模态分解的桥梁振动信号降噪

针对实际桥梁结构振动响应信号易受环境噪声的影响,而降噪效果较好的VMD方法存在本征模态函数分解数量难以确定的问题,提出了一种改进的变分模态分解(Variational Mode Decomposition)方法--自适应变分模态分解方法(Adaptive VMD,AVMD),实现了桥梁振动响应信号的自适应降噪。在传统VMD方法的基础上,通过结合EMD方法和主成分分析,解决了VMD方法中本征模态函数分解数量难以确定的问题,并引入多尺度小波分解技术,对受噪声污染的信号进行多尺度分解、优选与重构,进而实现复杂桥梁结构振动信号的降噪。以一座大型悬索桥为工程背景,对桥梁实测振动响应数据进行了降噪与模态参数提取。结果表明,AVMD方法解决了传统VMD方法中本征模态函数分量难以确定的问题,降噪信号所识别出的桥梁结构虚假频率比原始信号所识别出的虚假频率减少了58.82%。

地震作用下某斜拉桥抗震性能研究

为探讨地震作用下大跨度斜拉桥的抗震性能,本文以丹佛联络线北江特大桥为研究对象,建立了空间动力计算模型,通过反应谱法和非线性时程分析方法对其抗震性能进行研究。结果表明:索塔各截面配筋可以满足多遇地震及罕遇地震的抗震性能目标,阻尼器在地震荷载作用下作为非线性构件可以起到耗能作用并显著改变结构的地震响应,并给出了本桥推荐阻尼器参数。

大跨度铁路斜拉桥恒载索力监测与提取方法研究

为对大跨度铁路斜拉桥恒载索力监测数据进行提取,以某大跨度铁路斜拉桥为依托工程,提出了一种基于加速度数据的拉索频差自动化识别和索力快速计算的方法,既可提高索力识别精度又可提升海量监测数据的利用效率。更进一步的,利用大跨度铁路桥梁的运营特点,通过选取每日夜间无车时段的监测数据,剔除了列车荷载和日照梯度温度荷载对索力的影响,再通过分析连续多日无车时段的索力与温度相关性,探索索力与整体升降温荷载的关系,进而实现恒载索力的监测与提取,并与有限元模型的计算结果进行校验。结果表明:(1)通过监测数据统计分析,本桥边长索索力与整体升降温荷载呈显著线形正相关,其相关系数均值约为3.19 kN/℃;(2)有限元模型分析结果中,对应升温1℃引起的索力变化值为3.35 kN,与监测数据分析结果误差仅为4.78%。证明该方法提取的恒载索力结果可靠,为大跨度斜拉桥恒载索力的监测与评估提供了依据。