桥梁结构状态评估方法研究现状与展望

桥梁老龄化日益严重,桥梁安全状态成为广泛关注的问题,对桥梁进行合理的状态评估有助于桥梁管理养护和危险预警,保证桥梁正常运营。首先介绍了桥梁健康监测系统,分析监测系统存在的问题。其次分别从试验、数据分析和数字孪生方面介绍了桥梁评估方法的研究现状,然后阐述了桥梁状态评估的发展与挑战,综合分析表明目前结构健康监测系统仍存在较多问题,试验方面基于动力测试的损伤识别和基于视觉监测的桥梁状态评估都有自身的局限性,海量的监测数据需要进行有效的处理,BIM技术下的桥梁健康监测系统能实现监测与养护一体化运维管理,数字孪生技术将为桥梁状态评估带来新的可能。

风屏障破坏所致风载突变对桥梁列车行车安全影响研究

为研究桥上风屏障局部破坏对桥梁列车行车安全性的影响,以某四塔公铁两用斜拉桥为背景,进行列车动力响应和行车安全性影响参数分析。推导列车通过风屏障破坏段时车辆和桥梁的风荷载,并通过桥梁和列车节段模型风洞试验,测得计算所需气动力系数;在此基础上建立风-车-轨-桥耦合振动模型,研究了风屏障破坏段长度、平均风速和列车车速对列车动力响应及行车安全的影响。结果表明:突风效应会导致列车横向位移达到最大值,遮风效应会使列车横向加速度达到最大值;随风屏障破坏段长度、平均风速和列车车速的增加,列车动力响应随之增加;风屏障破坏会增加列车的轮重减载率和脱轨系数,并且高风速下各节车辆在风屏障破坏段的脱轨系数差异较大;仅在风速不大于10 m/s时,列车可以180 km/h的车速安全通过风屏障破坏段。

某钢结构桥梁火灾后检测评估和安全鉴定

某桥为双层刚性悬索连续钢桁梁桥,2017年12月23日晚20:14遭受火灾。为了解火灾后桥梁结构状况,指导桥梁维修处治,对火灾后桥梁现场进行初步鉴定,采用高精度全站仪对损伤区域钢横梁的变形进行测量,通过里氏硬度计测试受损构件的硬度,采用有限元法计算钢结构的过火温度并分析火场温度下结构的位移和应力。结果表明:现场未发现钢梁屈服变形、混凝土桥面板剥落露筋现象,初步鉴定结构受损较小;受火后钢梁变形满足规范要求,受火区域钢结构材质强度变化不大;桥面系温度场最高温度为294.036℃,钢纵、横梁应力均未超过屈服应力,位移满足规范要求;安全性鉴定结果判定该桥受火后钢结构材料及结构性能未受或仅受轻微影响,可不采取措施或仅采取提高耐久性的措施。

基于遗传算法的高速铁路桥梁损伤识别

针对高速铁路桥梁结构服役局部损伤问题,文章提出一种改进损伤识别因子并结合遗传算法的损伤识别方法。推导了任意单元长度组合的车辆-轨道-桥梁耦合单元及其动力方程,遗传算法采用锦标赛策略及最优保存策略2种选择算子,引入灾变及邻域搜索机制。通过对不同损伤工况进行多次独立重复计算,对算法的稳定性与准确性进行统计分析。结果表明:在信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)大于25 dB时,识别效果好,极少数误判的结果大概率存在于真实损伤位置的附近或对称处;与单个单元损伤情况相比,多个单元损伤工况平均第一次出现最优解的迭代次数略高,但整体都偏低;SNR与识别率(identification rate,IR)呈“扁S”型Logistic曲线关系。

二水磷石膏-电石渣-镍铁渣三元胶凝体系的性能与微观结构

以二水磷石膏-电石渣-镍铁渣三元胶凝体系制备全固废胶凝材料,研究电石渣与二水磷石膏掺量对三元胶凝体系性能的影响,并采用XRD、扫描电镜分析了体系的水化产物、微观形貌和元素组成。结果表明:二水磷石膏和电石渣均会降低三元胶凝体系的流动度;受二水磷石膏中磷、氟等缓凝成分的影响,三元胶凝体系的凝结时间被大大延长,3 d抗压强度也随之下降,但二水磷石膏的掺入有利于后期强度的增长;电石渣的掺入缩短了三元胶凝体系的凝结时间,但降低了体系的抗压强度;三元胶凝体系的水化产物主要为C-A-S-H凝胶与钙矾石;三元胶凝体系表现出较高的膨胀率,但在2 d后体积变化趋于稳定;界面过渡区中氢氧化钙的富集与膨胀裂缝造成了高电石渣掺量情况下集料与凝胶间的黏结力下降,使抗压强度下降。

大型交通枢纽结构振动传播规律及隔振/震措施

[目的]大型综合交通枢纽结构作为城市布局的重要组成,具有投资巨大、建设规模庞大、使用功能繁杂等特点。保证此类建筑物在地震作用下免遭破坏或损伤同时保留其使用功能,以及在多重立体交通作用下使其具有足够的安全性和舒适性是具有实际意义的工程问题,因此需对相关文献研究进行整理和归纳总结。[方法]综述了各类交通荷载引起的沿线地面和建筑物等的环境振动问题,以及交通枢纽结构常采用的减隔振/震装置的研究现状;总结了现阶段国内外学者在振动响应实测、振动预测模拟和振动传播规律方面的研究成果;基于现有研究的局限性,阐述了在交通枢纽结构环境振动控制方面的未来研究方向。[结果及结论]国内外对于三维复合隔振/震的研究相对较少,研究主要集中于轨道交通沿线或上盖建筑物的地铁振动隔振,且主要集中在对所提隔振/震装置的力学性能和减隔振/震效应的试验研究。目前,对三维复合隔振/震的理论及技术研究还不够深入,三维复合隔振/震的应用还未普及并形成相关体系,相关装置的研发及其减振机理、力学性能、理论模型等仍是亟待解决的关键问题。

某地铁桥梁箱梁下挠及开裂检测评估处治技术

某地铁高架桥为65 m+120 m+65 m预应力混凝土变截面连续梁桥,建成后运营不久发现主梁产生较大的竖向下挠,并且主梁跨中底板出现较多延伸至腹板的横向裂缝。为了解主梁下挠和裂缝产生的原因以及目前桥梁的技术状况,对该桥梁进行了专项检测,并采用有限元软件进行结构验算。检测及验算结果表明:该桥梁体下挠和开裂的主要原因主要是梁体跨中预应力的损失,特别是底板束预应力损失过大或张拉不足而导致的梁体抗弯承载力不足。根据检测评估结果主要采用了体外预应力钢束进行维修补强。维修处治后的荷载试验表明,桥梁强度、刚度及动力性能均满足规范要求,桥梁加固处治效果良好。

日本桥梁自动化检测技术研究新进展

桥梁自动化检测技术为桥梁智慧管养提供了有力的技术支持,日本在桥梁自动化检测技术方面开展了斜拉索检测机器人、钢桁架桥检测机器人、搭载3D激光扫描仪的检测机器人的研发和应用研究。斜拉索检测机器人采用螺旋桨驱动,安装全高清画质数码相机,沿索体上升或下降进行全方位摄像,查看照片和视频可检测修补痕迹、锈迹、涂膜剥落、碰撞等,不需要进行交通管制,检测速度快、效率高,不仅适用于斜拉桥,还可用于悬索桥吊索检测。侧面走行检测机器人主要用于检测钢桁架桥桥面板、钢梁及其它构件损伤,走行装置上安装锂电池电机,遥控操作变换前进方向和调整走行速度,机器人万向接头上安装4K高清数码相机,可检测到无法近距离肉眼观测以及视线死角位置。既有桥梁桥面板更换工程中,采用搭载3D激光扫描仪的检测机器人进行桥梁空间坐标全自动检测,扫描的点云数据输入数据处理系统,自动生成检测报告,无需搭设支架和实施交通管制,且检测精度满足目标精度要求,该设备还可用于挂篮悬臂浇筑法施工中成桥空间坐标测量。研发了3D激光扫描仪自动移动装置,使检测更快捷。各桥梁自动化检测设备具有较好的工程实用价值,可为国内同类型桥梁结构智能检测提供参考。

基于可靠度指标的桥梁安全评估分级方法

针对目前桥梁结构安全状态评估分级方法主观性强、费用较高的问题,本文采用基于人工神经网络改进响应面法进行结构极限承载力可靠度分析,提出了基于可靠度指标的有效极限承载能力比作为结构安全状况分级指标,以实现桥梁安全状况的定量分析。以一座钢管混凝土拱-连续梁组合体系桥梁为例,计算了钢管混凝土拱、预应力混凝土主梁、吊杆三种构件的极限承载能力可靠度指标,得到的以有效极限承载能力比为指标的结构状态评估结果与规范评定结果误差在5%以内,说明该方法能够有效实现结构安全状况分级评定。

桥梁结构阻尼减振技术研究与应用

为更有效地提升桥梁结构的动力性能,研发了一系列新的桥梁结构阻尼减振技术,结合工程实践,对这些新技术及应用情况进行分析。斜拉索双杆式杠杆质量阻尼器LMD通过连接杆的特殊设计,可同时控制斜拉索的面内和面外振动;悬索桥吊索外置式摆式杠杆阻尼器PLD、冲击质量阻尼器IMD和多重调谐质量阻尼器MTMD可提高吊索的模态阻尼,控制吊索的风致振动;调谐质量液体阻尼器TLMD成功抑制了拱桥刚性吊杆的风致振动和磁浮道岔梁的车桥耦合振动;斜置式多功能变参数抗震黏滞阻尼器具有"减振抗震、减振抗风、双向控制、有限限位"等功能。这些桥梁结构阻尼减振技术的应用,有效抑制了桥梁结构在车辆、风和地震作用下的动力响应。今后桥梁阻尼减振技术应在阻尼减振效果的非线性特性、智能阻尼器研发等方面加强研究。

桥梁混凝土结构表面裂缝自动识别技术研究

为了满足桥梁检测发展的需求,提高混凝土结构表面裂缝的识别精度,基于既有图像预处理技术,提出一种新的裂缝提取及宽度计算方法。在图像预处理基础上,通过裂缝连接保留细小裂缝,将裂缝区域当作连通区域,根据裂缝特征参数过滤虚假裂缝,提取真实裂缝;寻找裂缝区域的交叉点,通过交叉点将整个裂缝区域划分成多个小裂缝,将小裂缝的最小外接矩形分割成多个小矩形区域,计算小矩形区域中裂缝特征参数,得到裂缝宽度。以混凝土试件重力加载形成的表面裂缝为对象,改变相机拍摄距离与拍摄倾斜角度获取裂缝图像,应用该方法计算裂缝宽度,并与裂缝观测仪的测量结果进行误差对比分析。结果表明:该算法裂缝识别率高、检测误差小,裂缝检测误差随拍摄距离或拍摄倾斜角度的增大而增大;为了满足实际工程的需要,采集裂缝图像时,拍摄距离最好保持在1m以内,倾斜角度尽量不要超过15°。

基于迁移学习和Bi-LSTM神经网络的桥梁温度-应变映射建模方法

为快速构建并准确预测温度作用引起的斜拉桥主梁应变用于结构状态评估,基于某大跨度斜拉桥主梁超过1年的温度和应变监测数据,提出了一种基于迁移学习和双向长短时记忆(bi-directional long short-term memory,Bi-LSTM)神经网络的斜拉桥温度-应变映射模型建立方法。首先,利用解析模态分解(analytical mode decomposition,AMD)去噪应变数据,得到仅由温度引起的应变响应;其次,选择温度和某一测点应变数据构成数据集,采用Bi-LSTM神经网络训练该数据集,并通过网络结构和超参数优化建立温度-应变Bi-LSTM基准模型;最后,利用迁移学习方法,将已训练好的基准模型中部分参数迁移到其他温度-应变数据集,建立相应的温度-应变映射被迁移模型,并与未采用迁移学习的神经网络训练方法进行对比。研究结果表明,相比直接建立的温度-应变Bi-LSTM神经网络映射模型,采用迁移学习方法建立的被迁移模型,其拟合精度均高于所用的基准模型,且训练时间短,预测误差小。

桁板结构桥梁双层支座体系设计与施工技术研究

以九江长江大桥正桥改造项目为工程背景,提出钢桁梁与桥面板之间增加支座结构形式的解决方案,使得彻底消除桁板间温差所产生的结构内应力的问题得以解决。并针对就此形成的双层支座体系桥梁的支座功能实现和支座安装预偏量控制原理进行研究分析,形成一套具有很强适用性的新型支座结构和支座安装预偏量控制方法。

桥梁结构云监测平台设计与实现

我国中小桥梁量大面广,与大型桥梁相比出现问题的频次更高,但受限于成本等因素,普遍没有安装健康监测系统,其技术状况和运营安全难以得到有效监控。传统的桥梁施工监控也存在信息记录效率低、传递整理过程丢失数据、实时性差等问题。针对以上问题,本文提出了基于云计算的桥梁结构监测平台,研究了平台的架构和关键技术,介绍了平台的实现。通过大量的实际工程应用,证明平台在桥梁施工监控、大规模中小桥健康监测应用中具有广阔前景。

在役桥梁双面全熔透U肋角焊缝检测技术研究

常规超声检测方法难以检测在役桥梁双面全熔透U肋角焊缝,为提高此类焊缝的检测效率和检测精度,引入超声相控阵检测技术,利用自动扫查装置夹持2个超声相控阵换能器并置于焊缝两侧,采取扇扫描方式进行沿线扫查。首先,根据实际桥梁所用材料和焊接工艺,设计并加工模拟试样;然后,基于模拟试样制定超声相控阵检测方案和对比试验方案,验证超声相控阵检测方案的可行性;最后,对在役桥梁双面全熔透U肋角焊缝进行检测和分析。结果表明:超声相控阵检测技术可以有效地检出常规超声检测方式难以检测的U肋内侧焊缝焊偏及未焊满缺陷,对根部未熔合和夹杂等典型缺陷也有很好的检出能力,可有效提高在役桥梁双面全熔透U肋角焊缝缺陷的检测效率和检测精度,缺陷尺寸测量误差小于3%。

基于智慧管理系统的城市桥梁集群病害及巡检行为分析

为优化桥梁集群巡检策略,提高巡检工作效率,基于电子化巡检系统数据分析了城市桥梁病害及巡检行为的规律。基于某大型城市桥梁集群中322座桥梁的病害总体特征及主要病害,构建并验证平均每米病害数量可作为病害评价指标,采用该评价指标分析了养护类别、桥梁规模、建成年代、主梁类型等分类要素下各类桥梁的病害表现;结合巡检病害与巡检行为的关联性,统计了巡检队伍的重点巡检范围,分析其潜在原因,并对当前巡检行为给出优化建议。结果表明:桥面系病害在巡检中占比较高;养护类别较低桥梁、城市中小桥、老旧桥、板梁桥的日常巡检病害较多;桥梁病害数与年巡检天数有较大的关联,巡检队伍通常根据桥梁养护类别来制定巡检频次,且在执行中更倾向于桥上巡检工作。建议巡检队伍提高对完好状态较差、建成年代较久、规模为中小桥的桥梁巡检频次,并加强桥下构件的巡检工作。

基于微波雷达的桥梁多目标拉索索力测量方法应用研究

针对当前国内索力检测发展的需求,文章对微波雷达索力测量原理进行了研究总结,通过结合微波雷达多目标测量理论提出了雷达测量多目标拉索时目标点的优选方法,并将其应用于珠海金海大桥施工期索力检测,同时与接触式索力动测仪进行了试验对比验证。结果表明:使用微波雷达结合多目标测量点优选方法进行桥梁拉索索力检测,测试性能稳定可靠、结果精确, 可极大地提高拉索索力测量效率,具有较高的应用推广价值。

桥梁预制节段匹配衔接线形计算及应用

根据桥梁节段预制的具体应用场景特点,在分析节段匹配及线形控制的特点的基础上,研究预制线形匹配衔接的具体方法和求解流程,并结合实际工程进行验证。该求解方法为非线性最小二乘法的简化方法,即先采用坐标平移直接求得三个平动自由度,根据扰动结果插值求得转角角度,进行二次迭代即可收敛,算法核心是求解综合名义距离。

塔梁弹性支座刚度对三跨连续悬索桥结构体系影响的研究

为研究塔梁竖向弹性支座刚度对三跨连续弹性支承钢箱梁悬索桥结构静动力特性的影响,以主跨926 m的浙江秀山大桥为依托,采用有限元通用软件midas Civil 2013建立4种方案模型,并对比4种方案结构静动力特性,提出合理的塔梁竖向弹性支座刚度控制因素。结果表明,随着塔梁弹性支座刚度增大,梁端和塔梁支座处钢箱梁转角、钢箱梁塔梁支座处和跨中位移也随之减小,但塔梁支座处钢箱梁的弯矩和应力会随之增大;成桥恒载状态下塔梁弹性支座反力也逐渐增大,其相邻的长吊索索力减小60%,但只有合适的塔梁弹性支座刚度,才可显著减小相邻长吊索的应力幅;钢箱梁底板应力和长吊索应力幅是塔梁弹性支座刚度取值的控制因素;结构基频有轻微减小,结构横向刚度有所降低。

温度作用下钢-UHPC轻型组合桥面疲劳性能研究

文中以宜昌长江大桥钢桥面加固改造工程为背景,通过有限元计算,分析不同温度作用下组合桥面疲劳易损细节的应力变化规律.结果表明:相比传统沥青钢桥面,钢-UHPC轻型组合桥面能够在不增加桥梁恒载情况下,降低疲劳细节应力幅值,改善钢桥面抗疲劳性能;不同温度作用下,相比传统沥青钢桥面,钢-UHPC轻型组合桥面各疲劳易损细节应力的降幅达15%~46%.