桥梁结构健康监测与损伤识别技术.pps

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桥梁事故,近年来，桥梁垮塌事故时有发生；桥毁人亡的灾难性安全事故，使人民生命财产蒙受巨大损失，也造成恶劣的社会影响；在GOOGLE中搜索“桥梁&事故”，有1,430,000项之多符合搜索结果；,桥梁事故,1999年1月4日，重庆市纂江县彩虹桥整体垮塌；死亡40余人,桥梁事故,2000年8月27日，台湾省高屏大桥突然拦腰断裂；导致17辆汽车坠落高屏溪，22人受伤。

桥梁事故,2001年11月7日，四川宜宾小南门金沙江大桥两端先后发生断裂,桥梁事故,2004年6月10日，辽宁田庄台辽河大桥整跨断裂,桥梁事故,2006年12月09日，位于北京顺义城北潮白河支流减河上的悬索桥，在荷载试验时全桥坍塌,桥梁事故,2007年10月23日，包头市民族东路至丹（东）拉（萨）高速公路包头出口的高架桥发生倾斜坍塌。

桥梁事故,美国：

北京时间2007年8月2日7时10分），美国明尼苏达州明尼阿波利斯市的一座桥梁发生坍塌。

至少7人死亡，数十人受伤,桥梁事故,2009年6月29日凌晨2时34分左右，铁力市西大桥发生垮塌，至少有6辆货车坠入呼兰河，7人死亡。

垮塌的大桥建于1973年，1997年曾进行安全维修。

桥梁事故,2009年7月15日1时33分，津晋高速公路港塘收费站800米外匝道桥坍塌，5辆载货车坠落，造成6人死亡，4人受伤。

问题的提出,上述桥梁垮塌实例均在正常运营过程中发生桥梁垮塌不仅国家造成了巨大的经济损失，而且给人们带来的恐惧的回忆，更给遇难者亲属带来难以磨灭的疤痕这不得不引起社会对这些事故的深思,问题的提出,桥梁作为客观存在有它特有的生命周期过程，它的“生老病死”如同人类一样，是客观自然规律。

如果能在灾难来临之前进行预测，对桥梁的损伤进行监测，从而对桥梁的健康状况给出评估，那将会大大减少事故的发生的几率。

再过1015年，中国将进入桥梁结构的维修高峰。

交通部前总工工程师风懋润于2005年,中美桥梁论坛,SHM的基本涵义,基本涵义类比人看病系统的组成测试分类过程好处,SHM的基本涵义,使用各种测控技术来评估结构的使用性能,南京长江第三大桥的健康监测系统。

该系统是目前国内外大型桥梁健康监测中最为完善的系统之一。

SHM的基本涵义,智能化,自动化、网络化的数据采集与处理,基于结构力学、物理等性能的损伤识别,结构可靠性分析、强度贮备分析,SHM的基本涵义,结构健康监测的出现是以下因素导致的需求的增加新材料和创新设计的监测既有结构的更好管理科技支持和发展新型传感器数据采集网络技术数据传输、集中、归档和提取系统数据库技术数据处理与事件识别,SHM的基本涵义,类比：

SHM与人看病,医生监控病人的健康使用医疗设备检查病人的整体健康情况如有需要，开出处方进行治疗,SHM工程师监控结构的状态使用传感器检查结构的整体情况如果应力超限、变形过大，报警并处理,SHM系统的组成,状态评估子系统,损伤识别子系统,数据处理与控制系统,数据采集与传输系统,桥梁结构智能健康监测系统,传感器子系统,实时性自动化集成化网络化,SHM系统的组成,SHM的测试分类,现场静力测试行为试验诊断试验验证试验周期性监测包括现场测试确定结构是否发生变化的试验,现场动力测试动应变环境振动测试动力放大系数测试跳车试验连续监测主动监控被动监控,SHM的过程,LevelIV,LevelIII,LevelII,LevelI,SHM的好处,加深现场结构的理解早期损伤诊断确保结构的强度与使用性减少巡检和维修的次数建立合理的维护/管理策略提高维修资金的合理分配促进新材料和新桥型的使用,SHM的基本架构,理想的SHM系统：

提供结构健康相关的信息出现损伤时报警SHM是多学科、多方向的交叉计算机材料通讯智能处理传感数据采集数据库损伤诊断结构工程,SHM的基本架构,采集传输处理储存诊断查询,数据采集,采集关心的结构原始数据应变、变形、加速度、温度、湿度水平、声发射、外荷载等等传感器的选择合适的传感器长期或短期的监测结构的哪些特征需要监测？

数据采集,传感器布置与安装不能改变结构的力学行为采集系统附属设备的安装与布置采集箱、电源、布线等等,数据采集,现场数据集中方法有线传输传感器与数采系统间采用物理连接经济、采用比较普遍在某些特大型结构中实现较为困难连接线过长会增加信号“噪声”无线传输比较贵信号传输速度和准确性难以保证,数据采集,需考虑的因素传感器本身的类型与采样频率现场数据存储的分类有可能出现海量的数据需要有效的数据采样和存储策略,数据采集,数据采集,监测的内容与使用的传感器荷载变形应变温度加速度风速与风压（环境参数）声发射索、预应力钢筋监控录像,数据传输,将现场数采系统采集的数据传输到远程控制室实现远程监测,数据的智能处理,数据储存之前进行处理，以利后期使用分析目的：

去掉噪声、温度或其他不需要的测试因素的影响又称为：

数据清理要求：

简单快速准确,数据的储存,数据的长期保存数据查询的可理解性数据不能损坏足够的存储空间数据归档的重要性确保以后的查询一般来说，仅重点保存清理后的数据原始数据仅仅存档备查原始数据的再分析困难,诊断,分布式光纤测裂缝裂缝,混凝土老化性能监测,力学特性,物理特性,化学特性,静力识别方法,动力识别方法,静动力联合反演识别方法,诊断,十分重要的部分将抽象的数据信号转换为表征结构响应和状态的有用信息目前还没有统一的标准方法方法选择的依据结构类型传感器的类型和安装位置监测的目的所关心的结构响应,数据查询,在数据存储时，为以后数据查询方便数据含义必须明确分析中的置信度目的是：

为合理的、基于人工智能的工程决策提供详细的物理数据,SHM系统设计,损伤或退化的机理退化引起力学响应分类结构的理论和数值模型建立关键参数的特征响应不同退化水平的敏感性分析参数选择并确定性能指标不同退化水平的响应的相关变化系统设计传感器选择、数据采集与管理数据解释安装并标定SHM系统确定系统的起点分析现场测试数据并在需要时调整系统,I40-Bridge,在美国，有2500座与I-40桥完全一样的桥I-40桥梁对美国桥梁健康监测起到非常大的促进作用结构类型：

混凝土桥面板+钢板梁跨径组成：

39.9+49.9+39.9mSHM时间:

2001年9月传感器数量:

26,Z24Bridge,该桥位于瑞士，14+30+14三跨连续梁桥基于动力特性变化识别桥梁结构的BenchmarkSHM时间:

1998年89月传感器数量:

（15+2）x9可动测点+3参考测点,COMMODOREBARRYBRIDGE,美国新泽西州，跨越Delaware河结构类型:

大跨度钢桁桥跨径:

822ft+1,644ft+822ft.SHM时间:

1998传感器数量:

97,HuntingdonRailwayViaduct,位于英国剑桥郡结构类型：

连续梁桥，最大跨度64.3mSHM时间:

1998传感器数量:

36SoundPrint预应力筋断丝检测系统,OresundBridge,连接瑞典和丹麦结构类型：

斜拉桥跨径组成：

49跨引桥（7跨120m,42跨140m），主桥为160+490+141结构体系：

双层桥面，上层为4车道公路，下层为双线铁路SHM时间：

2000年6月传感器数量：

55,NewSvinesundBridge,连接瑞典与挪威结构类型：

单肋拱桥跨度：

主拱跨度247m结构体系：

桥面板为2个钢箱梁，悬吊在单肋混凝土拱圈上SHM时间：

2003年6月传感器数量：

施工阶段58/成桥阶段68,台中桥,结构类型：

斜拉桥跨度89.5+89.5m系统由奥地利VCE设计SHM时间：

2003年12月传感器数量：

15,青马大桥,结构类型：

悬索桥主跨：

1377m全长：

2.2km大缆：

直径1.1m通航净空：

62m传感器数量350,汀九桥,结构类型：

三塔斜拉桥跨径组成：

127+475+448+127mSHM时间：

1998年12月传感器数量：

7种236个,大陆桥梁健康监测系统,润扬长江大桥舟山连岛工程杭州湾大桥苏通长江大桥南京长江大桥南京长江三桥泸州泰安长江大桥大胜关长江大桥济南黄河大桥文辉大桥钱塘江四桥Etc.,测试设备,完成的科研项目和实际工程,模型试验,桥梁巡检评估维修养护系统BirMMS,B/S架构的桥梁管理系统BSBMS,智能桥梁系统SmartBridge,数采示例,西南交大BSHM的解决方案,硬件系统统计模式识别分布式光纤裂缝识别评估,硬件系统,集成了数据采集、信号处理与分析和数据远程传输与控制自行研发了不同类型的数字调理器现场组网，建立远程服务器，并入Internet网的方式实现数据远距离传输和控制模型试验中，建立了一套完整的智能化桥梁硬件系统的原型,统计模式识别,统计模式识别,测试不完备,按正问题的方法解决问题,测试误差或噪声,1、从多元统计的角度，应用现代数学的方法。

2、避免反问题求解的收敛问题,统计方法,模式识别方法,损伤发生侦测,统计模式识别的过程,损伤定位,损伤程度判断,损伤识别三层次目标,统计模式识别的过程,模式识别,损伤特征,易损性分析,损伤识别结果,损伤模式库的建立,优化特征库,基本特征库,动力时程数据,高层特征,中层特征,低层特征,特征选择特征提取,时域或时频域损伤指标,简约而不简单,损伤识别结果,损伤识别结果,损伤识别结果,裂缝微弯生成机制,d,微弯变形,结构,结构,裂缝宽度,裂缝光纤夹角,传感光纤,径向相对位移,结构完好状态,裂缝开展状态,裂缝,OTDR测试原理,激光光源,信号处理器,探测器,耦合器,过渡光纤,OTDR终端,光纤传感段,初始0时刻记录,后向散射光,待测结构,输入光脉冲,后向散射,返回时刻记录,OTDR典型曲线及测试现象,光损曲线,拟合光损曲线,拟合光损曲线,拟合光损曲线,边跨测试数据分析,（波长=1625nm）,（波长=1550nm）,（波长=1310nm）,边跨跨中加载38KN状态测试曲线,试验情况,边跨测试数据分析,（波长=1625nm）,（波长=1550nm）,（波长=1310nm）,边跨跨中加载50KN状态测试曲线,试验情况,边跨测试数据分析,（波长=1625nm）,（波长=1550nm）,多级荷载测试曲线发展历程,桥梁评估过程,评估计算步骤,更多信息、更花钱、更专业的技术人员,NDT评估步骤,中级,高级,真实施工方案是否存在损伤NDT扫描仪器雷达超声回波冲击回波主动脉冲热成像X光成像,修正分析模型，包括动力和静力模型不同NDT测试数据的数据融合数据重构评价数据频率或相位,更多信息、更花钱、更专业的技术人员,未来的SHM,智能组合埋入结构中的传感器提供结构状态的相关信息肌肉/构件类比肌肉中神经元向大脑提供肌肉工作状态的相关信息构件中智能组合的传感器提供构件工作状态的信息,未来的SHM,活结构（LiveStructure）展示工程设计和分析间的差异活结构能够感知荷载、变形和损伤纠正并处理荷载效应最大程度上展示既有结构现状及其性能使用智能材料,