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橋梁健康監(jiān)測(cè)(番外) 數(shù)據(jù)分析之動(dòng)撓度
上一篇主要介紹了數(shù)據(jù)分析包含的步驟和內(nèi)容,針對(duì)不用的數(shù)據(jù)特性和監(jiān)測(cè)項(xiàng),選擇的算法差異還是比較大的,今天我們主要討論一下動(dòng)撓度的數(shù)據(jù)分析相關(guān)內(nèi)容。
——作者:張碩玉
橋梁健康監(jiān)測(cè)(番外)
首先,我們來分析一下運(yùn)營橋梁結(jié)構(gòu)撓度是由哪些成分構(gòu)成的。
橋梁結(jié)構(gòu)撓度是整體響應(yīng)參數(shù),橋梁在各種荷載和環(huán)境作用下的性能以及橋梁結(jié)構(gòu)自身材料的變異,都可通過撓度反映出來。建成投入運(yùn)營后的橋梁撓度變形成分構(gòu)成如圖所示:
從圖中可以得出結(jié)論,現(xiàn)場(chǎng)的采樣頻率設(shè)置時(shí),不僅要考慮到較低的采樣率會(huì)造成采樣峰值過小,還要考慮到做頻域分析時(shí)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(shí)采樣信號(hào)最大峰值較真實(shí)峰值的降低率百分比均值可以控制在3%以內(nèi)。在對(duì)峰值要求嚴(yán)格的采樣中,仍然需要進(jìn)一步加大采樣率,8~10倍采樣率得到的信號(hào)峰值與真實(shí)信號(hào)已基本接近。
進(jìn)行數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)后,就要從橋梁結(jié)構(gòu)安全評(píng)估的需要出發(fā),實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)車輛荷載撓度響應(yīng)多級(jí)預(yù)警、結(jié)構(gòu)變形長期跟蹤、多源數(shù)據(jù)融合分析,分層深入綜合診斷橋梁結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)、劣化過程,因此撓度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)主要應(yīng)用于以下三個(gè)方面:
(1)實(shí)時(shí)車輛荷載撓度響應(yīng)多級(jí)預(yù)警;
(2)沖擊作用;
(3)結(jié)構(gòu)長期變形趨勢(shì)跟蹤。
在進(jìn)行結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)價(jià)分析時(shí),需要針對(duì)不同效應(yīng)成分分別進(jìn)行評(píng)價(jià),持久作用效應(yīng)可用于結(jié)構(gòu)損傷離線預(yù)警。運(yùn)營的車輛荷載引起的作用效應(yīng)等于動(dòng)態(tài)作用響應(yīng)(車輛振動(dòng)引起)與靜態(tài)作用效應(yīng)(車輛自重引起)之和,而絕對(duì)動(dòng)態(tài)作用效應(yīng)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(jīng)過同一座橋梁結(jié)構(gòu)其作用效應(yīng)也存在差異。
《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG D60)中規(guī)定了在頻遇值組合中,可變作用不計(jì)入沖擊系數(shù)。為評(píng)價(jià)實(shí)際車輛荷載引起的作用效應(yīng)是否超過設(shè)計(jì)頻遇值下理論計(jì)算效應(yīng),以及評(píng)價(jià)實(shí)際車輛荷載下沖擊作用是否超過理論沖擊系數(shù)的作用,需進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)作用效應(yīng)和動(dòng)態(tài)作用響應(yīng)的分離。
在進(jìn)行動(dòng)態(tài)信號(hào)的處理和分析尚需解決的技術(shù)問題就集中以下幾個(gè)方面:
(1)由監(jiān)測(cè)的動(dòng)態(tài)效應(yīng)數(shù)據(jù)提取運(yùn)營荷載作用效應(yīng)成分;
(2)基線(長期效應(yīng)、溫度效應(yīng)、其它緩變效應(yīng)等)是否發(fā)生突變及奇異的判定與校正;
(3)運(yùn)營荷載作用效應(yīng)中準(zhǔn)靜態(tài)成分和振動(dòng)成分的分離;
(4)在給定置信度下溫度效應(yīng)的提取。
關(guān)于以上提到的四種數(shù)據(jù)處理方法,在工程實(shí)踐中應(yīng)用的方法很多,每種方法都有其優(yōu)缺點(diǎn),如運(yùn)營荷載作用效應(yīng)提取,可采用回歸分析、經(jīng)驗(yàn)?zāi)J椒纸猓‥MD)、小波分解、形態(tài)學(xué)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(shí)間序列分析或非參數(shù)檢驗(yàn)突變等方法;運(yùn)營荷載下準(zhǔn)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)效應(yīng)分離,可采用移動(dòng)平滑和濾波等方法;溫度效應(yīng)提取,可采用曲線擬合、基于最小二乘-支持向量機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法。
大家對(duì)這幾種分析方法都有什么看法呢?對(duì)于圖中所示的效果大家是否認(rèn)可,歡迎大家一起評(píng)論區(qū)討論呀。
作者簡(jiǎn)介
張碩玉
路安交科(北京)監(jiān)測(cè)科技有限公司技術(shù)工程師
主要從事基礎(chǔ)設(shè)施智慧管養(yǎng)和智能監(jiān)測(cè)相關(guān)工作。
主持參與了城市橋梁智慧管養(yǎng)平臺(tái)、布達(dá)拉宮健康監(jiān)測(cè)平臺(tái)等多項(xiàng)軟件開發(fā)工作
參與了多項(xiàng)行業(yè)技術(shù)規(guī)程的編制;參與了華清大橋、金城公鐵立交大橋等多個(gè)大橋的健康監(jiān)測(cè)工作







