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技术专访第十二期 | 结构健康监测多源海量数据分析与评估方法 ... ...

2018-10-30 10:06
来自: 52监测网 收藏 分享 邀请

编前语:目前,桥梁的远程监测是桥梁健康监测行业研究的热点,具有安全、连续、实时、及时预警预报的优点。为取代传统的定期或不定期的安全检测,对桥梁建立健康监测系统,对于桥梁的监控与评估、设计验证等,具有重 ...

编前语:

目前,桥梁的远程监测是桥梁健康监测行业研究的热点,具有安全、连续、实时、及时预警预报的优点。为取代传统的定期或不定期的安全检测,对桥梁建立健康监测系统,对于桥梁的监控与评估、设计验证等,具有重要意义。近日小编在北京安信卓越信息科技有限公司主办的结构安全监测技术交流会上,有幸听到了邓扬教授关于结构健康监测多源海量数据分析与评估方法的报告。

下面52监测网小编同大家一起来学习,邓教授对桥梁健康监测中的海量数据是如何进行处理的。

人物简介:

邓扬,博士,北京建筑大学副教授,本科、硕士、博士均就读于东南大学,长期从事结构健康监测数据分析与评估研究,已主持2项国家自然科学基金,多项省部级基金。

Q1:请您简单介绍一下目前我国桥梁健安全的现状

邓教授:交通运输关系国计民生和经济命脉,而大跨桥梁则是公路和铁路连接的关键结点,下面给大家一组图。


由图可见,我国桥梁的规模在世界上都处于领先地位,目前我国公路桥梁已达70万座,铁路桥梁已达6.5万座。在运营期环境荷载的持续作用下桥梁性能劣化的速度远远超过设计预期,从而导致桥梁服役年限远未达到其设计基准期就发生了灾难性破坏。



桥梁服役状况不容乐观,采取必要的手段和措施来保障大跨桥梁结构的安全性、完整性、适用性和耐久性,已成为共识。


目前使用最多的方法是对桥梁进行健康监测,从20世纪90年代开始,像日本、韩国等国家就开始研究并在一些大型桥梁上安装健康监测系统。通过布设在桥梁上的传感器能够测量并记录桥梁的行为。


桥梁健康监测系统主要包含一下内容:



健康监测系统已在国内外桥梁中得到大量应用。但目前也存在很多问题,如现有结构损伤诊断方法难以满足桥梁评定与养护的实际需求,大量监测数据由于不能得到有效利用而成为摆设,如何结合在役桥梁结构的养护需求,有效地挖掘监测数据中所蕴含的丰富信息,是当前桥梁健康监测技术发展的迫切现实需要。


Q2:面对桥梁结构健康监测的多源海量数据,您在研究的过程中是如何进行数据处理的呢?


邓教授:多源海量数据确实是数据分析工作中比较头疼的事儿,所以我们在分析前对数据进行预处理,主要从以下几个方面。



数据遗漏、缺失的处理方法

智能化补点

时间序列(ARMA),灰度模型(GFM),支持向量机模型(SVM),神经网络模型(BP)以及依据数据概率统计特征对数据预测补点。



智能化数据补点优势:

1.无模型预测,准确且计算效率高

2.保证数据的完整性

3.保证数据时域上的对应性(增加相关性收敛)


数据最佳概率分布补点

求解计算数据的最佳概率分布,补点满足最佳概率分布的数值,保证数据统计特征一致



数据漂移突变处理方法

趋势项消除,漂移归位

智能化计算,阈值智能识别与设定,计算效率高



数据奇点去除及修正


1. hanmple-filter算法



2. best-smo算法



3.基于相关性以及概率统计算法



当然还有一种是基于机器学习智能算法。


数据去噪(长、低周干扰)LPF/HPF --- Low/High Pass Filter



Q3:据了解,邓教授对桥梁健康监测数据分析方法有着很深的研究,您能简单介绍一下么?


邓教授:桥梁健康监测数据分析方法比较多,主要跟大家介绍下面三种方法。


桥梁运营期环境荷载作用分析方法


大跨桥梁服役过程中遭受各类环境荷载作用,包括温度、日常风、车辆荷载等持续环境荷载作用和台风、地震等极端环境荷载作用。

研究目的:为大跨桥梁结构性能评定提供环境荷载作用模型。

主要内容:研究环境荷载工程特性参数的提取和统计分析方法,揭示环境荷载的时变规律并建立时变作用模型。 



桥梁运营期桥梁服役性能辨识方法


大跨桥梁环境荷载作用及结构静动力响应监测数据具有随机性和时变性特征,无法直接揭示结构服役性能的长期变化规律。

研究目的:实现桥梁“监测响应”到“监测性能”的重要突破。

主要内容:研究环境荷载因素对桥梁结构静、动力响应的影响机制和关系模型,建立桥梁结构服役性能参数辨识方法。



桥梁运营期桥梁服役安全预警方法


大跨桥梁服役过程中不可避免地产生累积损伤、抗力衰减和功能退化。由于桥梁服役期限较长,服役性能退化的不确定性十分突出。

研究目的:揭示桥梁服役性能退化趋势与基本发展规律。

主要内容:研究环境荷载作用下桥梁服役性能参数的统计特征与趋势分析方法,建立面向桥梁服役性能退化的安全预警指标体系。



Q4:目前桥梁监测数据分析方法有哪些应用?


邓教授:我主要从环境作用——温度场监测与分析、结构响应——挠度监测与评估、结构性能——疲劳监测与评估三个方面跟大家说一下。

环境作用——温度场监测与分析






结构响应——挠度监测与评估


以四川南溪长江公路大桥为工程背景,建立基于连通管技术的悬索桥加劲梁竖向挠度监测与分析方法。





结构性能——疲劳监测与评估









每天小于2MPa的应力幅循环数多大10e5以上,但是其对疲劳损伤的贡献很少。这部分应力幅主要是由应变测试过程中的随机干扰所引起的,因此,在计算等效应力幅和疲劳损伤时应将其剔除。


车辆荷载变化对疲劳损伤的影响


2007年8月初至10底这段时间,江阴大桥桥封闭检修,润扬大桥的交通流量比平时大幅的增加。


上下游焊缝疲劳特征的对比分析


润扬大桥上游(扬州-镇江)和下游(镇江-扬州)两个方向的车辆荷载存在差异,因此有必要对上下游焊接细节的疲劳损伤开展对比分析。 


长期监测对疲劳寿命评估的必要性



由于其车辆荷载的随机性,钢箱梁焊接细节所经历的日等效应力幅以及由此产生的疲劳损伤更是具有显著的不确定性。短期检测性的应变监测可能不足以给出焊接细节疲劳寿命的准确评估结果,长期监测对于桥梁结构的状态评估具有极为重要的意义。


钢桥焊接细节的疲劳寿命预测


Q5:最后您能介绍一下您目前正在研究的方向么?


基于贝叶斯理论的监测数据分析及桥梁可靠度评估方法;

中小跨径混凝土桥梁实用监测技术与评估方法;

古城墙、古塔等古建筑结构健康监测技术。


小编说:最后,再次感谢邓教授对技术的分享,我们欢迎更多企业单位或者个人的分享,投稿请联系easonzhk.


鲜花

握手

雷人

路过

鸡蛋
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