基于桥梁实测应变大数据的超重车信号识别方法

以珠江黄埔大桥北汊斜拉桥为研究对象,初步尝试利用实测应变大数据对超重车荷载这类异常信号进行识别。通过在桥梁有限元实体模型上施加临界荷载,得到判别超重车信号的应变阈值;将小波变换得到的实测应变数据的高频分量与应变阈值进行对比,从而提出基于应变阈值的超重车信号识别方法。将该方法与文献中基于小波临界系数的纯信号处理识别方法进行对比,证明了该方法的合理有效性。结合两种方法对多个监测点实测数据进行识别,不仅可以初步确定超重车信号发生的高频时间段;而且可以提高超重车信号识别的概率。该结果可以为桥梁管理部门提供更有价值的指导。     

基于GNSS信号的随机子空间模态参数识别方法

为了从全球卫星定位系统(GNSS)监测信号中获得桥梁结构模态特性信息,提出了一种基于GNSS信号的随机子空间模态参数识别方法.通过小波分解将GNSS信号分频,对各频段信号采用小波阈值降噪方法进行处理,并采用数据驱动的随机子空间模态参数识别方法对处理后的信号进行结构模态参数识别.以灌河大桥健康监测为例,对比研究了基于GNSS信号和基于加速度信号的随机子空间模态参数识别方法的模态频率识别效果.结果表明:通过分频段小波阈值降噪可有效滤除GNSS信号噪声,所提方法可以识别出灌河大桥多阶模态频率,与基于加速度信号的随机子空间模态参数识别方法识别结果吻合良好,最大误差在3.44%以内.     

基于应变信号时频分析与 CNN网络的车辆荷载识别方法

针对现有神经网络车辆荷载识别方法的识别精度不足且训练样本采集困难的问题,提出了一种基于应变信号时频分析与CNN网络的车辆荷载识别方法,对移动车辆总重进行荷载识别.首先,利用连续小波时频变换方法处理桥梁跨中应变信号,得到应变信号的时频特征,并利用双线性插值算法将时频信号矩阵变为大小为64×64的数值矩阵,作为CNN网络的输入数据;其次,利用CNN网络的回归学习算法,在训练少量数值矩阵后直接建立应变响应与车辆荷载的映射关系,从而实现对未知车辆荷载的识别;最后,通过模拟试验发现虽然在不同路面粗糙度和噪声影响下,CNN网络的荷载识别结果会受到不同程度的影响,但在一定范围内的路面粗糙度和噪声影响下仍然能较精确地识别车辆荷载.     

基于EEMD-小波阈值去噪的桥梁结构模态参数识别

为研究环境激励下大跨径桥梁结构振动响应特性,采用拾振器监测结构动态变形.针对监测信号中的噪声影响,提出EEMD-小波阈值联合滤波方法来提升信号精度.首先,利用EEMD算法对信号进行分解,基于平均周期图法和相关系数法双重判定准则剔除虚假分量,然后,结合小波阈值去噪方法对重构信号进行二次降噪,再利用RDT-ITD法识别结构模态参数.将滤波降噪和模态识别方法应用于天津永和桥实测振动响应分析中,并结合有限元分析结果进行对比.结果表明:EEMD-小波阈值联合滤波方法优于应用单一方法,能进一步提升信号精度;信号降噪后,利用RDT-ITD方法成功提取了结构前3阶竖向自振频率和相应阻尼比;识别的结构自振频率值与有限元分析结果基本一致,基频值相差3.07%.     

不同超重规定下重车荷载特性及效应计算

为获取超重车荷载构成特性以及重车并行过桥产生的荷载效应,收集了美国加州历时3a实测WIM数据,根据美国联邦政府和加州交通厅超重规定,将超重车分为3类,对比分析了3类超重车辆分布及荷载构成特点.根据随机过程理论建立了多车道车辆并行荷载效应计算模型,分别计算了第Ⅱ类超重车和加州超重车最大荷载效应,结果表明两类超重车起控制作用的荷载相同;与中美规范对比显示,由超重车引起的最不利弯矩和剪力分别为美国规范值和我国规范值的1.5倍,因此在桥梁设计和评估工作中,应充分考虑重车过桥对桥梁结构的影响.     

高频GPS桥梁动态监测及数据特征信息识别

在GPS单历元定位方法的基础上,利用GAMIT/GLOBK10.4中的双差动态定位模块Track模块,对振动桥体的实测数据进行了解算,得出了桥梁的振动时间序列;采用小波分析方法对桥梁振动时间序列进行频谱分析及小波消噪处理,得到了桥梁在荷载作用下的主振频率范围及两个主要周期项,最后利用对每层高频系数进行软阈值处理方法得到去噪后的时间序列.     

基于EMD与小波阈值的爆破震动信号去噪方法

针对小波阈值法去噪效果有限和EMD低通法去噪存在信号失真问题,综合EMD方法分解、重构方便和小波阈值法灵活、可调的优点,提出一种EMD-小波阈值爆破震动信号去噪方法.基于某矿地表实测数据,借助EMD的自适应分解特性,在原始信号分解的基础上,识别属于高频噪声的IMF1和IMF2分量,并对其进行小波阈值去噪处理,提取淹没在噪声中的有用特征信息MF1和MF2,最后,将MF1、MF2与剩余IMF分量及余量R进行重构,得到干净信号.通过频谱和小波包能量分析知:EMD-小波阈值法既能有效去除噪声,又能很好保留真实信号,还可避免EMD分解的端点震荡效应,是一种高效的爆破震动信号去噪方法.     

基于改进Inception网络及LightGBM的弓网电弧识别方法

针对弓网电弧识别方法对数据识别的单一性问题,提出一种基于改进多尺度卷积网络（GInception）结合LightGBM的弓网电弧识别方法。运用完整集合经验模态分解（CEEMDAN)和小波软阈值相结合的方法对原始信号进行降噪重构,将重构信号进行广播机制（Broadcasting）处理,变成多维信号后输入到GInception网络中进行特征提取,再将GInception网络提取的特征导入到轻量级梯度提升机中进行识别。研究结果表明：该识别方法在5组工况下弓网电弧识别的准确率达到96.3%。研究结论可为电车弓网电弧识别提供参考。     

基于经验模态分解的核磁共振去噪方法研究

核磁共振（NMR）在孔隙结构评估和流体识别方面具有独特的优势，但NMR信号很容易受到噪声影响。根据NMR噪声的时域和频域特征，提出了基于一种经验模态分解（EMD）的NMR去噪方法。首先，利用EMD将信号由高频到低频分解为一系列的本征模态函数，以此分解噪声和噪声NMR信号，然后，使用曲线趋势法和改进的过零点率曲线确定信号噪声分离准则，将有用信号叠加到剩余项以获得去噪信号。通过岩芯数据和测井数据对比发现，基于EMD的去噪方法可以提高信噪比的同时保留孔隙结构信息，其去噪效果优于小波阈值和EMD小波阈值法，计算得到的孔隙度接近实际孔隙度。     

分段小波滤波原理及应用

针对实测侵彻加速度信号受到高频干扰的问题,提出了一种基于小波滤波的分段滤波技术,并称之为分段小波滤波. 选择理想的小波基和滤波时段的长度是分段小波滤波的关键. 将分段小波滤波应用到侵彻加速度信号处理中进行仿真验证,仿真结果表明该方法可以有效地去除高频噪声,并且可以很好地满足滤波的实时性要求. 最后计算了滤波结果对应的侵彻深度,并将其与实测侵彻深度进行对比,证明了处理方法的可靠性.     

移动车辆加载下梁桥挠度影响线识别与损伤诊断方法

为了解决桥梁实测时程响应中存在结构动力成分与车辆多轴效应干扰的问题,提出一种基于挠度影响线识别结果的简支梁桥损伤诊断方法。首先,通过变分模态分解与小波变换法对桥梁时程响应进行预处理,以实现桥梁实测响应动力成分剥离,进而建立多轴车辆信息矩阵和影响线识别模型,从而剔除桥梁实测响应中车辆多轴效应,采用Tikhonov正则化方法识别出桥梁准静态挠度影响线,最后利用影响线差值曲率指标对桥梁损伤进行定位。研究通过两轴和三轴车辆移动加载下的车桥耦合模型验证所提方法的可行性与有效性。研究表明：所提两种影响线识别方法有效、可靠,影响线识别效果受车速和车型的影响较小,其中变分模态分解方法在车辆高速行驶下识别桥梁影响线用于损伤诊断效果更佳。     

基于正交异性桥面板应力监测数据的车辆荷载识别

研究了基于正交异性桥面板应力监测数据的车辆荷载识别技术。通过在正交异性桥面板顶板U肋下缘布设应变计,采集车辆通过时的应力响应。首先利用同一U肋不同截面测点应力响应间的互相关函数来估计车速,针对车辆作用下同一截面下不同测点的应力响应面积的变化,提出了余弦相似度这一指标实现车辆横向定位,最后通过比较实测应力响应面积与标定荷载作用下响应面积来实现未知车辆荷载的识别。通过数值模拟验证了算法的有效性和抗噪性。最后设计了一个模型试验进一步验证了提出的理论。数值和试验结果表明,提出的算法可以有效识别车辆荷载,算法具有较好的抗噪性能,提出的标定间距可以为工程结构提供具有实操性的指导。     

正交异性钢桥面车轮横向位置识别

车辆经过正交异性钢桥面（Orthotropic Steel Deck，OSD）时的车轮横向位置对其疲劳细节分析以及桥梁动态称重系统（Bridge Weigh-In-Motion，BWIM）识别精度至关重要. 针对OSD桥梁局部荷载效应显著的特性，提出了基于BWIM系统中传感器所采集的响应信号来识别过桥车辆横向位置的有效方法. 首先，建立OSD桥梁的有限元模型，并通过标定试验进行验证，然后提取其纵肋横向分布影响线 . 最后，基于横向分布影响线和最小二乘法，建立 OSD中 U肋理论与实测响应的误差方程. 为了验证该方法的准确性和适用性，建立了基于Ls-dyna的车桥耦合振动模型，探究了车辆状况（包括车辆速度、车轴数目和车轮横向位置）以及车轮与桥面接触面积的影响. 模拟分析表明，该算法识别精度对车辆状况的鲁棒性好，针对不同车辆速度、车轴数目和车轮横向位置，其识别精度最大平均误差分别为 9 mm、4.6 mm、12.5 mm，并明确了车轮与桥面接触宽度宜选择为200 mm. 在此基础上，开展实桥试验进一步验证该方法的有效性，结果表明，提出的方法能有效识别 OSD过桥车辆的横向位置，且识别精度较高，适用范围广.     

高速公路超长爬坡路段重载车辆行驶状态安全稳定性分析研究

准确分析重载车辆在高速公路超长爬坡路段的行驶状态,能够保证车辆的主动安全控制,当前车辆形式状态安全稳定性分析大多采用单一集中卡尔曼滤波方法,存在容错性差的弊端,稳定性和可靠性不高。为此,从新的角度对高速公路超长爬坡路段重载车辆行驶状态安全稳定性进行分析,通过失稳角对行驶状态安全稳定性进行分析,依据弯道路段事故特征分析重载车辆出现侧翻与侧滑的现象,得出高速公路路面情况、坡度和转弯半径对重载车辆行驶状态安全稳定性有影响的结论。引入加速度干扰概念,以更加有效的分析重载车辆行驶安全稳定性。实验结果表明,所提方法能准确分析重载车辆行驶状态的安全稳定性。     

随机车流作用下桥梁冲击系数分析

为研究交通车辆作用下在役桥梁的振动特征,需提出随机车流作用下桥梁的冲击系数计算方法.根据响应面分析方法拟合了影响面的函数表达式,求得随机车流作用下桥梁结构最大静挠度;基于已编制的车-桥耦合振动分析程序,获得各类车型单独作用下车-桥耦合接触力,用该耦合接触力等效代替各类车辆三维模型作用在桥梁结构上,从而获得随机车流作用下桥梁结构的动力效应,并求得相应冲击系数,从而提出了简便且实用的随机车流作用下桥梁结构冲击系数计算方法.通过与规范计算值对比表明,本文所提出的方法能有效地计算随机车流下桥梁的冲击系数.     

连续梁桥车辆动态称重系数解析与试验验证

基于桥梁响应的车辆动态称重方法具有成本低、易维护和耐久性好等优点,但其称重精度依赖于称重系数的准确性。以典型三等跨预应力混凝土连续小箱梁桥为应用背景,首先推导了车辆重量与桥梁响应指标之间的相关数学表达式,给出了车辆称重系数的定义和理论解析解,同时指出针对实际宽幅桥梁,根据车辆横向位置修正对应的称重系数;其次,利用两车道随机车流对该桥有限元模型进行加载并提取桥梁响应,得到车重与响应之间的相关曲线和相关系数;最后,在实桥上设计安装了桥梁动态称重系统和路面动态称重系统用于监测通行车辆信息,通过匹配算法得到大数据统计下的车辆称重系数。研究结果表明,所提出的车辆称重系数解析解与仿真结果误差为1.8%,实测称重系数与理论解析解、数值仿真结果绝对误差为1.73%。研究结果对诸如简支梁、不等跨连续梁等其他类型桥梁提供了研究思路,以得到桥梁不同位置处的车辆称重系数,同时建议在实际工程应用中分别对理论、仿真和实测的称重系数相互校核,提高标定的准确性。     

用粘弹性阻尼器抑制铁路钢桥车—桥共振

研究用粘弹性阻尼器抑制铁路钢桥在列车通过时车—桥共振的方法，编制了用应变能法计算加入粘弹性阻尼器后附加模态阻尼比及列车与桥梁动力相互作用的计算机程序，利用仿真计算可模拟加入粘弹性阻尼器前后列车通过时钢梁的振动情况．仿真计算初步表明用粘弹性阻尼器抑制由于列车提速使中小跨度钢梁振动过大是有效的     

超载损坏桥梁的成因分析及预防与维修加固措施研究

针对超载车辆产生桥梁损坏问题,分析了超载车辆对不同结构的桥梁产生的损伤形式;给出了桥梁损伤调查和检测的一般方法;讨论了超载车辆对桥梁结构损伤的预防措施,并对损伤桥梁的维修与加固进行了初步探讨.     

基于系统响应的履带车辆路面识别方法

为提高履带车辆对不同路面适应能力,基于多体动力学仿真平台建立履带车辆及多种路面动力学仿真模型.通过履带车与路面模型的行驶仿真,采集车体质心动力学响应时域信号,并应用小波变换分解该信号.采用距离评估技术提取上述分解信号的敏感特征向量,利用BP神经网络基于上述敏感特征向量提出路面识别方法.搭建小型履带模型车测试系统,使模型车行驶于实际路面并进行现场测试,采集测试过程中履带模型车车体质心、负重轮及履带板动力学响应时域信号,对提出的路面识别方法进行验证.结果表明,该路面识别方法识别精度达到99%,该方法对路面类型具有高度识别能力.