三轴试样全息变形实时测量系统的搭建、验证与应用

针对三轴试样体积与变形精确测量的难题,文章基于传统三轴仪搭建了一个全息变形(包括:试样顶面、底面和360o侧面)测量系统,通过6台固定相机实时拍摄试样不同角度的照片,融合摄影测量、前方交汇以及光线追踪技术实现试样在持续加载过程中全息变形的实时测量。为验证该系统软、硬件的可行性与精度,文章基于所搭建系统开展了一个标准钢柱和多个土样在不同围压下的三轴试验。钢柱试验结果表明该系统用于三轴试样表面点阵和体积测量时的点阵与总体体积测量误差分别为0.086mm,0.151%;土样三轴试验表明该系统能够实现试样不同分辨率全息变形的精细测量;基于全息变形测量结果可进一步分析获取试样在连续加载条件下的总体体积、三维模型以及位移场与应变场。文章所搭建的系统通过固定位置相机简化了摄影测量分析过程,减小了系统测量误差;配套开发的GeoTri3D软件通过融合前方交汇技术显著提高了测量与测量结果后处理的效率。全息变形的精细测量能力为土体以及其他工程材料的强度与变形特性深入研究提供了有力支撑。

基于全息变形监测的隧道支护评估体系研究

针对传统隧道监控量测存在的问题,引入三维激光扫描进行全息变形监测,无需标靶埋设,整体与局部变形一览无遗,克服了传统有限断面有限点监测的局限性,真实再现了隧道施工现场,完全避免了数据造假的可能。并据此构建了基于全息变形监测的隧道支护评估体系,即变形加速度管安全、累计变形管限界及经济,达到了安全与经济统一量化评估,避免了传统监测数据假安全及数据有限无法经济性评估的可能。工程应用表明,其具有明显的优势,可普遍应用于隧道。

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。

基于欧拉微动放大的桥梁全息变形形态获取方法

与桥梁变形测量方式中测点分散布置不同,获取桥梁的全息变形行为可以有效地分析其结构变化。采用了基于相位的欧拉影像放大算法,结合视频影像非接触测量的方式,获取桥梁整体的变形形态参数,实现了桥梁全息变形的采集及放大。该方法与数字图像相关方法不同,欧拉放大算法是基于带通滤波并提取相应带通范围内的周期振动信号进行放大。该处理方式适用于桥梁结构这种具有周期性振动的变形特性。采用高速民用摄影机对实验室大跨径自锚式悬索桥缩尺模型进行定点拍摄获取数字影像信息,然后通过基于相位的欧拉影像放大算法将微小的振动形态进行可视化处理,最后利用精简边缘算子实现了桥梁结构边缘的提取。同时结合传统动态位移测量方法获取同期形态变形数据,通过对比分析结果证实了该方法的可行性,为未来利用影像手段进行全息形态获取提供了一种新方法。

三维激光扫描辅助隧道大变形控制研究

为解决在高地应力软岩大变形隧道控制研究中,传统监测方法有限断面有限点、监测结果以点带面、难以发现最大最小平均变形,无法为隧道初支优化调整提供有效数据支撑等问题,以沙嫰山二号隧道为依托,采用三维激光扫描仪对隧道初期支护进行全息变形监测,获取隧道初期支护的变形全貌,并进行沉降收敛和断面轮廓变形分析。同时依据三维激光变形监测结果,设计适应隧道变形特征的限阻耗能支护结构,对软岩大变形隧道初期支护破坏问题进行控制。结果表明:(1)三维激光扫描仪与全站仪沉降监测方差为3.03 mm、收敛监测方差为3.42 mm,两种仪器监测精度相当;(2)三维激光扫描仪监测结果显示,初期支护左侧出现受围岩剪切滑移带影响的局部鼓出问题,鼓出影响范围为左拱脚至左拱腰,且沿里程方向呈现明显的时空效应,监测段初期支护变形包络结果显示,拱顶左侧变形平均值35.2 cm、右侧变形平均值16.4 cm;(3)依据三维激光扫描仪监测结果不对称的设计限阻耗能支护结构,与设计支护段相比,对初期支护破坏取得了较好的控制效果,同时通过变形加速度来判断隧道变形速率的发展,避免累计变形和变形速率预警中假型性预警现象。

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。

基于全息视觉测量的钢混组合结构损伤识别试验研究

对一片钢混组合试验梁依次开展不同损伤工况下的加载试验,利用全息变形视觉测量试验装置获取试验梁全息图像信息数据,基于结构全息边缘轮廓线提取算法计算分析全息图像信息数据以获得试验梁在不同损伤工况下的全息变形.以结构初始全息变形数据和结构目标全息变形数据作为输入,运用改进的BP神经网络算法反演试验梁刚度矩阵的退化,求解单元刚度矩阵折减系数的全局最优解,并以结构单元刚度矩阵折减系数作为损伤表征因子,实现对目标结构损伤状态的识别.试验结果表明:基于结构全息变形数据和BP神经网络的结构损伤识别方法对损伤具有较强判别性,试验梁不同程度、不同位置损伤工况的测试识别结果与试验结果基本一致,试验梁损伤位置及程度平均识别精度为92.6%,为后续研究奠定了基础.

三维可视化激光扫描技术在隧道变形监测中的应用

为解决传统隧道监控量测数据量少、可视化程度低、数据利用率低等问题,利用三维激光扫描仪多次采集已施作完成的支护结构点云数据,然后通过三维点云处理软件“TK-PCAS”处理、分析,得到可视化三维模型,以全面展示隧道支护结构的全息变形情况。监测数据表明:全站仪拱顶、拱脚最大累计变形分别为28 mm和36 mm;扫描仪拱顶、拱脚最大累计变形为30 mm和39.1 mm。全站仪测量数据较扫描仪少2~3 mm,误差相对较小,两者的数据变化趋势基本一致。研究结果表明:基于全息监测技术,在隧道变形监测预警方面引入加速度及变形速率预警的方法,通过加速度正负来分辨隧道变形速率发展,可有效避免监测后期变形总量、变形速率预警之中出现的假预警现象。对提高变形监测准确性具有重要现实意义。

基于非接触远程智能感知的桥梁形态监测试验

为进一步提高利用非接触式影像监测大型桥梁安全状态的精度与效率,实现结构健康监测系统兼有经济、可信且全息的技术理论优势,提出依据结构全息影像序列数据的非接触式机器视觉远程智能感知进行桥梁结构全息几何形态监测的方法。通过单机自动巡转桥梁立面动静影像全息监测系统试验装置获取试验桥在各损伤/作用工况下的原始动静影像数据,根据序列数据在时间、空间上具有强关联信息的特性,分别构建降噪及抗扰动单元、欧拉运动放大单元及运动信息提取单元进行全息几何形态测量,以历次试验监测数据为样本数据集,利用分层思想依次建立数据抽样和结构几何信息间映射的数学网络模型,经结构设计不断训练、调试与优化桥梁力学行为智能感知网络,最后获取试验桥在试验过程中的全息变形、全息变形包络谱、全息位移时程曲线。研究结果表明:该方法获得的数据与传统的常规接触式传感器实测值基本吻合,试验桥在各工况下的曲线变化趋势基本一致,全息变形测量值平均误差12.21%,全息变形包络谱测量值平均误差9.06%,全息位移时程曲线测量值平均误差8.55%,对环境规律噪声信号筛除效率为81.9%,基于非接触远程智能感知的桥梁形态监测真实、连续、敏感、较为准确地反映了结构在各损伤/作用工况下的真实形态变化,可为后续进一步研究结构状态演绎以及损伤智能化识别方法奠定基础。