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橋梁健康監測(番外) 數據分析之動撓度
上一篇主要介紹了數據分析包含的步驟和內容,針對不用的數據特性和監測項,選擇的算法差異還是比較大的,今天我們主要討論一下動撓度的數據分析相關內容。
——作者:張碩玉
橋梁健康監測(番外)
首先,我們來分析一下運營橋梁結構撓度是由哪些成分構成的。
橋梁結構撓度是整體響應參數,橋梁在各種荷載和環境作用下的性能以及橋梁結構自身材料的變異,都可通過撓度反映出來。建成投入運營后的橋梁撓度變形成分構成如圖所示:
從圖中可以得出結論,現場的采樣頻率設置時,不僅要考慮到較低的采樣率會造成采樣峰值過小,還要考慮到做頻域分析時滿足奈奎斯特采樣定理。一般的建議采樣率至少為分析頻率的5倍以上,此時采樣信號最大峰值較真實峰值的降低率百分比均值可以控制在3%以內。在對峰值要求嚴格的采樣中,仍然需要進一步加大采樣率,8~10倍采樣率得到的信號峰值與真實信號已基本接近。
進行數據采集存儲后,就要從橋梁結構安全評估的需要出發,實現實時車輛荷載撓度響應多級預警、結構變形長期跟蹤、多源數據融合分析,分層深入綜合診斷橋梁結構的受力狀態、劣化過程,因此撓度監測數據主要應用于以下三個方面:
(1)實時車輛荷載撓度響應多級預警;
(2)沖擊作用;
(3)結構長期變形趨勢跟蹤。
在進行結構狀態評價分析時,需要針對不同效應成分分別進行評價,持久作用效應可用于結構損傷離線預警。運營的車輛荷載引起的作用效應等于動態作用響應(車輛振動引起)與靜態作用效應(車輛自重引起)之和,而絕對動態作用效應受橋面不平整度、車輛類型、車輛行駛速度以及縱向車輛布置方式、外界噪聲等多種因素影響,因此自重相同的車輛經過同一座橋梁結構其作用效應也存在差異。
《公路橋涵設計通用規范》(JTG D60)中規定了在頻遇值組合中,可變作用不計入沖擊系數。為評價實際車輛荷載引起的作用效應是否超過設計頻遇值下理論計算效應,以及評價實際車輛荷載下沖擊作用是否超過理論沖擊系數的作用,需進行準靜態作用效應和動態作用響應的分離。
在進行動態信號的處理和分析尚需解決的技術問題就集中以下幾個方面:
(1)由監測的動態效應數據提取運營荷載作用效應成分;
(2)基線(長期效應、溫度效應、其它緩變效應等)是否發生突變及奇異的判定與校正;
(3)運營荷載作用效應中準靜態成分和振動成分的分離;
(4)在給定置信度下溫度效應的提取。
關于以上提到的四種數據處理方法,在工程實踐中應用的方法很多,每種方法都有其優缺點,如運營荷載作用效應提取,可采用回歸分析、經驗模式分解(EMD)、小波分解、形態學濾波等方法;基線漂移程度判定與校正,可采用回歸分析(線性、非線性)、時間序列分析或非參數檢驗突變等方法;運營荷載下準靜態、動態效應分離,可采用移動平滑和濾波等方法;溫度效應提取,可采用曲線擬合、基于最小二乘-支持向量機、神經網絡等方法。
大家對這幾種分析方法都有什么看法呢?對于圖中所示的效果大家是否認可,歡迎大家一起評論區討論呀。
作者簡介
張碩玉
路安交科(北京)監測科技有限公司技術工程師
主要從事基礎設施智慧管養和智能監測相關工作。
主持參與了城市橋梁智慧管養平臺、布達拉宮健康監測平臺等多項軟件開發工作
參與了多項行業技術規程的編制;參與了華清大橋、金城公鐵立交大橋等多個大橋的健康監測工作







