基于自适应拟合的桥梁影响线提取方法

桥梁影响线(IL)被广泛用于动态称重、结构评估、损伤识别等领域,如何从桥梁实测响应中准确提取桥梁影响线至关重要。为此,提出一种自适应拟合算法,用于从车辆过桥响应中提取高精度、准静态的桥梁影响线。从多车轴对桥梁的作用机理出发,通过矩阵运算获取桥梁初始影响线。随后,采用自适应拟合算法来消除初始影响线中的波动干扰成分,从而提取高精度、准静态的桥梁影响线。开展静载和移动荷载模型桥试验,以静载实测影响线为基准,与移动荷载试验所提取的影响线作对比,验证文中自适应拟合算法的可行性。最后,通过与既有影响线提取方法进行比较,深入探讨了多种算法在波动性、精确性和计算速度上的优劣,验证了自适应拟合算法在提取桥梁影响线上的优势。研究结果表明:桥梁实测响应中包含了静态成分和波动成分,自适应拟合算法可较好地提取准静态桥梁影响线。该算法可根据原始响应的波动程度自动选取合适的数据段进行拟合,通过调节参数λ达到平滑的效果,同时保留数据局部信息。所提取的影响线不仅在精度上较既有方法存在一定优势,计算速度也较为理想,可在2~3次迭代后达到较高精确度。提出的基于自适应拟合的桥梁影响线提取方法为影响线的广泛应用奠定了基础。

基于稀疏正则化和基函数扩展的桥梁影响线识别方法

桥梁影响线反映结构固有特性,具有对损伤敏感和对环境变化较不敏感的优点。监测桥梁在不同使用阶段的影响线状态及其变化趋势,对于评估桥梁服役性能有重要意义。基于移动车辆与桥梁响应实测信息可反演出影响线,但桥梁响应包含动力效应等干扰因素,于是增加了精确识别影响线的难度。为此提出基于基函数扩展和稀疏正则化的桥梁影响线识别方法,可使识别解满足数学最优的同时,更加符合影响线的物理意义。该方法采用基函数扩展法建立新的影响线表达形式,利用三次B样条曲线和三角函数构造基函数,然后结合稀疏正则化方法,建立优化目标函数,求解基函数权重系数。通过实验室钢筋砼3跨连续梁的试验验证,表明上述影响线识别方法有较高的识别精度,具备工程应用的良好潜力。

结合桥梁实际影响线信息的预应力识别方法

预应力技术广泛应用于桥梁工程领域,对于在役桥梁结构,随着服役时间延长不可避免地存在预应力损失。准确识别桥梁预应力有助于了解其实际承载能力,保证桥梁长期安全稳定运营。本文研究预应力导致影响线的变化机理,建立预应力与桥梁影响线之间的对应关系(预应力梁影响线微分方程),并给出解析与数值求解方法,通过与仿真计算结果比较验证微分方程的正确性。研究预应力筋线形对挠度影响线(Deflection Influence Line,简写为DIL)的影响,在此基础上将影响线微分方程进行简化,提出结合实际影响线的预应力识别方法。开展预应力梁桥车‑桥耦合数值仿真试验,进行桥梁动力响应计算和影响线提取,验证本文结合桥梁实际影响线进行预应力识别方法的正确性与可行性。

沉管基槽开挖对周边桥梁位移影响及保护分析

沉管邻近既有桥梁施工时,沉管基槽开挖引起的应力释放可能会使周边既有桥梁的上、下部结构产生附加位移和附加内力,进而影响桥梁的受力和使用安全。因此,以深圳市前海湾隧道设计方案为背景,研究了沉管基槽开挖对既有桥梁的影响和不同保护措施的效果。正交试验结果表明,基槽开挖对既有桥梁桩顶位移影响的诸多因素中,淤泥层厚度影响最显著,其次为桩基与基槽坡顶净距,最后为桩基刚度。当基槽开挖引起的桩顶位移较大时,对既有桥梁周围土体加固、桥梁施加钢板桩隔离或改变开挖方式均可以减小桩顶位移。其中,土体加固对桩基的保护效果受加固范围影响较大,同时基槽开挖引起的桩顶位移基本与加固土的泊松比成正比,与加固土的弹性模量成反比;钢板桩自身施工对桩基影响较小,钢板桩嵌固地层条件对桩顶位移有很大影响,其次为钢板桩嵌固深度,钢板桩型号以及内支撑的层数对桩顶位移影响不大;改变开挖方式可实施性和可靠性较高,清淤深度以及横向清淤范围与桩顶水平位移近似呈指数关系,但纵向清淤高差的控制值会受到淤泥层厚度的影响。

移动车辆激励下梁桥位移影响面重构及损伤诊断方法

针对桥梁影响线只考虑荷载一维状态而无法得到结构横向荷载效应,以及车辆激励下提取桥梁时程响应时受结构动力响应和车辆多轴效应影响的问题,提出基于变分模态分解和L2正则化的梁桥影响面重构及损伤诊断方法。首先,将车辆简化为线荷载,通过单辆重车多车道分别加载得到桥梁各车道原始时程响应,利用变分模态分解剥离时程响应中的动力成分,再根据车辆轴距和采样频率建立车辆信息矩阵及影响线识别的数学模型进而剔除车辆多轴效应;其次,利用L2正则化识别桥梁影响线,通过横向插值将各车道影响线重构为影响面;最后,利用影响面差值指标定位桥梁损伤。根据实际三跨钢混组合梁桥建立有限元模型,使用频率相对误差与模态置信准则修正该结构动力模型,基于动力修正后的模型验证该方法的可行性。研究结果表明:该方法可较准确地重构真实桥梁影响面,通过桥梁影响面对结构损伤进行定位的结果更直观、可靠。

基于正则化与B样条曲线的桥梁影响线识别方法

为了快速评估既有桥梁的安全性,研究了基于多源实测信息快速准确识别桥梁影响线的方法。首先利用桥梁动力响应及车辆移动的实测信息,建立影响线识别的数学模型。在模型中引入Tikhonov正则化方法以解决病态矩阵求解问题,通过设置罚函数项以取得较光滑并贴近真实的影响线。然后通过基函数扩展法重构影响线,将其表示为一系列三次B样条基函数的线性组合,从而将问题从识别众多影响线因子简化为识别少量基函数权重系数。为了验证上述方法的可行性,先在实验室模拟钢制试验小车在钢筋混凝土三跨连续梁模型上移动的过程。基于实测布置于梁底的多测点挠度和应变响应时程以及相应的试验车信息,可识别出不同位置测点的挠度和应变影响线。试验结果表明无论是影响线的总体形状还是局部峰值,识别解与基准解均能较好地吻合。该方法还被进一步应用到一座简支现浇预应力混凝土箱梁桥。该试验通过实测检测车过桥期间的桥梁跨中截面若干测点的动应变、动挠度以及车辆重力、实时位置等信息,准确识别了对应于不同车道的挠度和应变影响线。通过对比桥梁静载实测和影响线虚拟加载结果,发现两者偏差绝对值在5%以内。在一定程度上表明了该影响线识别方法具有较高精度,并具备工程应用的良好潜力。

公路桥梁动力放大系数合理值及影响因素研究

移动车辆作用下桥梁荷载效应和动力放大系数同时取最大值的概率很低,重量较轻的单个车辆荷载行驶过桥时即使产生较大的动力放大系数也不具参考性。准确获取反映桥梁结构实际状态的动力特征参数,可指导优化桥梁设计阶段动荷载系数选取,同时还可为桥梁运维阶段策略实施提供数据支撑。提出桥梁动力放大系数合理值(Reasonable Dynamic Amplification Factor,RDAF)的概念并定义其计算方法。通过获取与设计荷载相当的多车辆荷载任意行车工况下桥梁动、静力响应,将一系列多车辆荷载作用下最大动力响应和静力响应之比定义为桥梁RDAF。以简支梁桥为例,从准静态响应趋势、动力响应项、不平顺附加项等角度推导移动车辆荷载作用下桥梁动力响应近似解析解。结合数值算例,计算分析既有桥梁的RDAF,并从荷载等级、行车速度和桥面平顺性等方面进行影响因素研究。研究结果表明:桥梁RDAF主要受桥面平顺性、桥梁限行速度等因素影响;平顺性较好情况下的桥梁RDAF与设计规范规定的动力放大系数值基本一致;平顺性变差时则需通过限速或限载至合理范围来保证动态荷载效应在允许范围内。研究表明桥梁RDAF是桥梁状态的固有特征参数,桥梁结构RDAF反映其实际运营状态,该指标参数可为桥梁限载、限速、路面铺设等管养措施的实施提供指导和参考。

基于贝叶斯理论的非接触式桥梁动态称重研究

传统桥梁动态称重系统(Bridge weigh-in-motion,BWIM)存在硬件成本高昂、安装操作危险等弊端,利用车桥耦合系统中桥梁结构动态响应数据反演车辆荷载信息的非接触式桥梁动态称重(Contactless bridge weigh-in-motion,CBWIM)正在快速发展。文中提出了基于贝叶斯理论的桥梁动态称重方法,已知桥梁影响线后验分布和桥梁动态响应数据,将随机生成的影响线矩阵和桥梁动态响应观测值代入文中提出的基于贝叶斯理论的桥梁动态称重模型,得到轴重参数后验样本,并进行统计分析,以轴重后验分布的最大后验估计值作为轴重的识别结果。通过数值模拟和试验验证了所提方法的有效性与可行性,研究表明:影响线后验分布范围越集中,轴重识别精度越高。车辆总重识别结果受车速影响较小,而轴重识别精度受车速影响明显。

基于大数据与区间仿射算法的非接触式桥梁结构影响线识别

影响线在桥梁结构状态评估方面具有重要意义,针对现有影响线测量方法在实桥测试上的局限与不足,提出了一种基于大数据与区间仿射算法的中小型桥梁结构影响线非接触识别方法。首先,基于车辆参数统计结果,建立了车辆类型与轴重区间的映射关系;然后,结合车辆参数的区间不确定性,运用仿射算法计算反演多工况影响线区间;最后,基于大数据挖掘分析,采用支持向量机二分类算法从多工况的影响线区间中提取真实影响线。通过开展车桥耦合数值模拟分析及实验室缩尺模型试验,分别对所提方法的稳定性与有效性进行测试,初步验证了本文的非接触影响线识别方法较传统方法具有更好的发展前景。

融合机器视觉与区间仿射算法的桥梁结构影响线实测研究

影响线是桥梁结构状态评估的重要指标。传统影响线实测方法依赖车辆称重系统(WIM)和接触式传感器,存在使用成本高、效率低、风险大、阻碍交通等问题。为实现“无需接触式传感”、“无需封闭交通”、“无需车辆称重系统”的智能桥梁检测,提出了一种融合机器视觉与区间仿射算法的桥梁结构影响线实测方法。该方法首先利用机器视觉技术获取多工况的桥梁测点动态位移响应;其次,根据车辆出厂信息建立其轴重区间矩阵并通过区间仿射算法计算多工况的影响线区间;最后,采用支持向量机(SVM)从影响线区间中识别桥梁真实影响线。将该方法应用于野外实际桥梁试验,通过控制标定车辆的载重和行驶速度获取多工况的位移响应数据以评估该方法的性能。结果表明:该方法能够有效地从影响线区间中识别桥梁真实影响线,混合工况下影响线的识别相对误差为8.48%;影响线的识别相对误差随车速的增大而增大,在车速分别10、20、30 km·h^(-1)工况下,影响线的识别相对误差分别为9.22%、10.23%、12.38%。提出的桥梁影响线实测方法具有非接触、高精度、经济灵活等优势,可有效突破现有接触式桥梁影响线实测方法的技术局限,具有较好的工程应用前景。

超载损坏桥梁的影响分析及维修与加固

随着我国社会经济和交通运输事业的快速发展,公路桥梁负担着十分沉重的交通荷载及繁重的交通量,但由于各种原因,公路桥梁发生了各种各样的病害,严重危害交通运输的安全。对公路旧桥进行加固和加强对公路旧桥的管理已显得非常重要。

非接触式雷达IBIS-S遥测系统在桥梁挠度影响线监测中的应用研究

为解决常规接触式桥梁挠度监测中难以准确获取挠度动载影响线的问题,应用非接触式雷达微波干涉IBIS-S遥测系统监测桥梁在动载作用下的位移影响线。依托实桥现场实测,建立的有限元模型,计算考虑动载效应的位移时程分析结果,并对比分析实测与理论计算结果以验证该发方法的可靠性与准确性。结果表明IBIS-S遥测遥测系统不仅精度高,而且可以完整地获取加载整个过程的位移影响线,真实反映结构变形特征,在桥梁动挠度影响线监测具有良好的应用前景。

基于实际影响线的移动车辆过桥动力放大系数计算方法

通过分析现有桥梁动力放大系数(DAF)计算方法的特点和不足,提出一种基于实际影响线的DAF计算方法。首先,从移动车辆荷载作用所致的桥梁动力响应中提取桥梁测点实际影响线;然后,引入轮胎-路面接触力分布模型,结合车轴信息并采用影响线叠加重构桥梁准静态响应;最后,提取桥梁最大静力响应并以此计算DAF。开展移动车辆过桥数值仿真,对比研究波峰-波谷法、低通滤波法和本文基于实际影响线DAF提取方法对桥梁最大静力响应及DAF的计算差异。研究结果表明:基于实际影响线重构法提取的桥梁最大静力响应恒定,行车速度和路面状况的改变对车辆作用下桥梁最大静态响应值提取无影响,与实际情况相符;与现有桥梁动力放大系数计算方法相比,本文方法所得DAF更加精确、合理可靠。

桥梁动态称重技术适用范围与测试精度研究

为研究桥梁动态称重(B-WIM)技术的可行性与适用性,分析桥梁影响线测定、车轴信息检测、车辆动态称重3个环节的基本理论,以此为基础研究B-WIM的适用桥型范围,探讨其精度等级评定方法及现阶段能达到的测试精度水平。结果表明:正交异性板桥或桥面系、框架桥均为适用于B-WIM的理想桥型,梁式桥则一般受桥梁跨度限制;B-WIM系统对车辆总重的测试精度可高于传统路面压电式WIM系统,具备提升测试精度方面的优势;准确的桥梁影响线选取和车轴检测是影响B-WIM适用范围和测试精度的关键因素。

无伸缩缝桥架设计的影响因素分析

公路桥梁的伸缩键是当今桥梁施工和维护中的难题之一。桥梁的伸缩维长期暴露在大气中,使用环境比较恶劣,是桥梁结构中最易遭到破坏而又较难以修补的部位。桥梁伸缩键在设计、施工上稍有缺陷或不足,就会引起其早期破坏;而桥梁伸缩缝的破坏,又可能引起很大的车辆冲击荷载,恶化行车状况,急剧降低桥梁使用寿命。为此,本文结合实际工作经验对无伸缩缝桥梁的一些影响因素进行分析,并提出了具体的支持结论。

基于区间分析的非接触式影响线识别方法及复合反演机制研究

近年来,一种不需要在桥梁结构布置传感器的非接触桥梁动态称重(cBWIM)方法被提出。为了对cBWIM系统的实现提供支持,文中验证了基于区间分析的支持向量机(SVM)识别影响线方法的效果。考虑到实际应用中,会出现汽车总重量无法布满总重估计区间而导致对轴重区间过宽估计的情况,文中通过车桥数值模拟发现轴重区间过宽估计会降低SVM影响线识别的精确性。基于影响线区间与轴重区间的相互映射关系,提出了大数据影响线识别的复合反演校验机制。所提出方法可以有效减小区间过宽估计造成的SVM影响线识别误差,并通过数值模拟对所提出方法进行了验证,其中影响线的识别误差从初始的26.09%降低到1.36%,达到了提高影响线识别准确性的目的。

市政道路与桥梁施工质量问题分析与监控

随着经济的快速发展,城市化的加速,现有的交通越来越满足不了经济发展和人们生活的需求,由此市政道路与桥梁工程大量的开展起来,但是根据相关资料显示,近几年市政道路与桥梁工程的施工质量存在着一定的质量问题,道路和桥梁存在问题直接威胁着人们的生命安全,因此必须得到有效的解决,本文对市政道路与桥梁施工质量问题的造成原因和相应的监控措施上谈谈个人看法。

桥梁伸缩缝C50钢纤维混凝土配合比计算

桥梁伸缩缝的施工质量是影响桥梁使用的重要环节,混凝土的强度直接影响该道伸缩缝的整体质量。本文详细介绍了C50钢纤维混凝土配合比计算。1配合比设计依据:(1)设计图纸要求(2)公路桥涵施工技术规范JTG/T F50-2011普通混凝土配合比设计规程JGJ 55-2011(3)公路工程水泥混凝土试验规程JTG E30-2005(4)《公路工程集料试验规程》

季节性冻土对桥梁基础影响

要想富,先修路。随着经济建设的不断发展,公路建设是经济建设的重中之重,然而桥梁建设又是公路建设的重要一环。就冻土的基础对桥梁基础产生不利影响,引起更多的关注,本文主要分析了冻土力学特性,并简要介绍了冻土勘察特点。

Environmental Impact Optimization of Reinforced Concrete Slab Frame Bridges

The main objective of this research is to integrate environmental impact optimization in the structural design of reinforced concrete slab frame bridges in order to determine the most environment-friendly design. The case study bridge used in this work was also investigated in a previous paper focusing on the optimization of the investment cost, while the present study focuses on environmental impact optimization and comparing the results of both these studies. Optimization technique based on the pattern search method was implemented. Moreover, a comprehensive LCA （life cycle assessment） methodology of ReCiPe and two monetary weighting systems were used to convert environmental impacts into monetary costs. The analysis showed that both monetary weighting systems led to the same results. Furthermore, optimization based on environmental impact generated models with thinner construction elements yet of a higher concrete class, while cost optimization by considering extra constructability factors provided thicker sections and easier to construct. This dissimilarity in the results highlights the importance of combining environmental impact （and its associated environmental cost） and investment cost to find more material-efficient, economical, sustainable and time-effective bridge solutions.