基于压力场连通管的桥梁动挠度监测关键技术及安全评价方法研究

Based on the dynamic deflection data, the safety assessment of the long-span PC beam bridge is an important technical issue in the world. Adopting the structural and informatics technology, the project is proposed to solve some key scientific problems, including dynamic deflection signal identification and error correction, the deflection signal separation, and the safety evaluation model for the bridge on-line monitoring system. With the pressure connecting pipe measurement method for the bridge deflection on the model test and field test, the test data received by terminal are detected by 3 times variance and immune algorithm, and corrected by the time series analysis technique, which can meet the research needs. With time-domain cycle extension method, the deflection data, which are processed by wavelet transform and multi-scale analysis model at first, can be used to separate the dynamic deflection signal, and can be compared with the test calculation results to determine the results’ accuracy and reliability. Using separate signal data and combining with the bridge characteristics and the excellent self-learning adaptive mechanism of the body's immune system, a security assessment mode for the long-span PC beam bridge will be proposed, which can realized bridge synchronous detection mode with the real running environment, and really improve the accuracy of the bridge anomaly detection.

基于动挠度的桥梁结构安全性能评价是桥梁工程领域亟待解决的关键科学问题，亦是长期监控应用的核心技术。本项目突破传统结构学研究方法，结合信息学技术，针对基于压力场连通管的动挠度测试方法，拟研究解决该系统动挠度信号识别与纠错，信号分离与安全评价等科学技术问题。根据模型试验以及现场试验，采用三倍方差法和免疫算法相结合的方法实现挠度信号的失真检测，并利用时间序列分析算法进行失真数据纠错；基于小波变换分析以及数据多尺度方法处理的基础上，采用时域内周期延拓法实现长期挠度与短期挠度的分离；利用分离后的挠度信号，结合桥梁结构特征，基于协同人工免疫算法建立大跨PC梁桥结构动态实时安全评价模型。研究成果有利于实现桥梁监测模式随结构真实运行环境同步演化，提高桥梁结构异常检测的准确性和实时性，实现项目组研发的大跨PC梁桥长期监控系统的产业化。

基于动挠度的桥梁结构安全性能评价是桥梁工程领域亟待解决的关键科学问题，亦是长期监控应用的核心技术。本项目突破传统结构学研究方法，结合信息学技术，针对基于压力场连通管的动挠度测试方法，拟研究解决该系统动挠度信号识别与纠错，信号分离与安全评价等科学技术问题。.本项目的研究成果如下:.①提出桥梁结构振动对系统测量精度影响的修正公式.对压力场桥梁挠度监测系统的力学模型的简化，利用力学手段对桥梁振动特征（振动加速度）与液压测量精度的相关公式进行了推导，并在此基础上设计了模型试验，开展管道振动对测量精度影响的模型试验和实际应用研究。.②建立基于挠度的二阶段桥梁状态评估和预警方法.利用自主研发的压力差连通管动挠度监测系统，以一座大跨PC梁桥的作为背景工程，采集长期的动挠度数据，运用EMD+ICA的方法消除温度影响，结合桥梁的自身结构特点，提出基于挠度数据的两阶段状态预警方法。.③提出自适应的挠度分离方法.通过分析各单项因素对桥梁结构的作用机理以及变化规律得出各单项因素作用效应的规律；根据结构挠度长期监测信号的时间多尺度特性，针对单通道的挠度信号，提出了FIR滤波器+EEMD+PCA+FastICA的信号分离方法。.④设计阶梯式的液位传感系统.提出了一种适用于桥梁结构动态挠度监测的阶梯式液位传感系统。该系统采用阶梯式的布管方式代替传统的直线式布管方式，消除了管道倾角对测量精度的干扰。.本项目的研究成果将为桥梁管养部门提供相对可靠的挠度监测方法和手段，为准确评估桥梁的工作性能，正确掌握结构的安全性和耐久性，制定合理的维修加固决策等，提供关键的技术数据和科学依据。同时，监测数据的收集和积累，可为研究下挠病害发生的机理提供基础性数据，进而为大跨度PC梁桥设计理论改进、新型设计方法研究，以及运营桥梁下挠控制对策研究等创造先决条件。研发成果的推广与使用具有广泛市场前景和工程应用价值，将产生巨大的经济效益和社会效益。