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1、上海市中小桥梁安全性能动态监测与分析系统,上海市公路管理处 金山区公路管理署 2005年9月16日,汇报主要内容,课题的目的和意义 系统总体结构与数据库研发 桥梁监测系统设计与研究 结构安全性能评估理论研究 系统应用实例 结论与展望,研究的背景和目的 桥梁管理系统 桥梁动态监测系统 背景工程与研究内容,课题的目的和意义,研究的背景和目的,研究背景,桥梁是交通运输的关键节点 初始缺陷、结构退化与超载导致桥梁结构承载能力降低 桥梁安全性能影响到人民生命财产安全 桥梁管理系统、大型桥梁健康监测系统是目前桥梁管理的主要方式,研究目的,桥梁管理系统的检测和评估方法无法准确反映桥梁实际工作状态的安全性 大
2、型桥梁健康监测系统投入庞大，无法推广使用 研究新型桥梁安全动态监测与分析系统,桥梁管理系统,动态监测系统,桥梁安全动态监测与分析系统,桥梁管理系统（BMS）现状,桥梁管理系统,美国：国家桥梁档案数据库（ 1968）、PONTIS系统 交通部：公路桥梁管理系统（CBMS2000） 同济大学桥梁工程系：杭州市城市桥梁管理系统、常州市城市桥梁管理系统 上海市公路管理处、同济大学道路与交通工程系：上海市桥梁管理系统,目前应用的桥梁管理系统大部分为网络级管理系统，均未添加桥梁动态监测模块,动态采集监测数据，对桥梁的整体性能进行实时监测和智能评估，为管理决策提供依据 。 主要功能：,桥梁动态监测系统,桥梁
3、监测数据动态采集 监测数据智能化加工处理 桥梁结构安全性综合评估,金山区红旗港桥（梁式桥）为研究背景 系统总体构架研究 动态监测数据采集系统研究 结构安全性评估理论研究 动态监测、综合评估系统设计与开发,返回主目录,背景工程与研究内容,系统开发思路与开发基础 系统结构设计 数据库系统设计,系统总体结构与数据库研发,以现有桥梁管理系统的研究成果为基础，对动态监测评估系统进行深入研究。 桥梁管理系统开发平台的基础功能,系统开发思路与开发基础,基于C/S结构、GIS平台的数据库网络系统 层次分析法、变权综合理论为基础的桥梁缺损状况评估方法 实时维修帮助系统、信息分析、报表打印等功能,系统结构设计,系
4、统整体框架,桥梁动态监测系统框架,设计流程,数据库系统设计,服务网络结构,C/S网络结构,返回主目录,数据库设计,MS SQL Server2000 数据库,桥梁动态监测参数 静力参数监测仪器 监测数据采集体系 传感器优化配置 简支梁传感器优化实例,桥梁监测系统设计与研究,桥梁动态监测参数,动态监测采用结构静力参数指标 静力参数监测具有稳定性高 、可采集性强、经济性好等特点 选取应变、挠度作为动态监测的静力参数,应变监测,挠度监测,静力 参数 监测,稳定性 可采集性 经济性,静力参数监测仪器,应变监测仪,表面式振弦应变计 灵敏度1,挠度监测仪,电容式静力水准系统 测量精度10,监测数据采集体系
5、,无线采集传输系统,无线传输,传感器优化配置准则,传感器优化配置,识别误差最小准则 模型缩减准则 插值拟合准则 模态应变能准则,本项目研究采用识别误差最小准则,本项目研究采用遗传算法进行优化计算 遗传算法（GA）是一种高效并行优化搜索方法，可以搜索全局最优解。,传感器优化配置计算方法,非线性规划优化方法 序列法 推断算法 随机类方法 遗传算法,设定目标函数,按照误差最小准则，最终控制目标为控制截面挠度f的误差最小 测点优化布置的目标函数为： M(x)：控制截面位置单位荷载产生弯矩 M测：测量弯矩,梁桥应变测量值 截面弯矩值,目标挠度的传递误差函数,优化目标函数,给定桥梁监测系统，应变测量误差、
6、梁底面到中性轴的距离 为常数，优化目标函数： 其约束条件：,约束条件为：,简支梁传感器优化实例,16m跨径预应力混凝土简支梁桥，应变传感器安装在梁底，测点数目拟为5个 考虑到结构的对称性，半结构的优化目标函数为：,非线性方程求解采用遗传算法求解,优化最优解,返回主目录,桥梁结构评估方法 安全评估框架模型 结构参数识别 参数识别的非线性算法 荷载水平评估 结构状态综合评估,结构安全性能评估理论研究,目前已有的评估方法,桥梁结构评估方法,基于外观调查的方法 基于设计规范的方法 基于荷载试验的方法 基于专家经验的评估方法 专家意见调查 基于结构可靠度理论的评估方法,本研究采用基于动态监测数据的综合评
7、估方法,通过荷载试验进行结构参数识别 建立接近真实结构的结构有限元分析模型 建立结构荷载效应之间的关系 监测数据采集与无线传输 对结构的工作安全性能进行综合评估,安全评估框架模型,安 全 评 估 框 架 模 型,结构参数识别,结构参数识别在桥梁结构评估中的作用,通过荷载试验与结构原始模型的比较，对原始模型的参数值进行修正，从而获得与实际结构接近的结构实际模型,结构参数识别的计算方法,参数的优化估计方法令结构静态残差列向量 的范数最小来实现。,建立目标函数： min J(p) 为结构静态反应误差列向量 为结构静态应变误差向量 为结构静态位移误差向量,参数识别优化目标函数,结构静力效应误差向量,总
8、体节点位向量： Nf个测量自由度上计算位移向量： 结构的位移误差向量：,位移误差向量,总体单元应变向量： Ns个应变测量点上计算应变向量： 结构的应变误差向量：,应变误差向量,参数识别的非线性算法,非线性最小二乘问题,Gauss-Newton法 Levenberg-Marquardt法,Gauss-Newton法,G-N法的迭代公式,为灵敏度矩阵,在利用G-N算法的结构参数识别过程中，可能会因为待识别参数的初始值取值不当而使得识别结果失真 L-M方法是对G-N方法在迭代矩阵奇异时的一种修正，即在G-N法迭代矩阵中添加一个阻尼项,L-M法的迭代公式,Levenberg-Marquardt法,进行
9、一连续梁结构的数值模拟计算，单元的抗弯刚度（EI）作为待识别参数,G-N法、L-M法的识别效果,不同初始值用G-N法的识别效果,G-N法、L-M法的收敛性比较,荷载水平评估,中小桥梁可以建立起荷载与效应关系的数学模型，以车辆荷载大小为未知量,明确问题 划分和选定有关因素 建立层次 构造各层的判断矩阵 检验判断矩阵的一致性并修正判断矩阵,层次分析法 （AHP）是多指标综合评价的一种定量方法。它把定性因素定量化，并在一定程度上检验和减少主观影响。 层次分析法步骤,结构状态综合评估,底层评价指标评语,检查数据：参考公路养护技术规范，对桥梁构件的状态描述进行等级划分，对检测数值按百分制进行无量纲化处理
10、 监测数据：有限元模型计算得到结构在评估荷载下的监测指标的状态极限值，对结构工作状态进行等级划分，确定监测指标评估值评分及工作状态,变权综合方法,常权模式： 变权模式： 均衡函数： 变权综合方法较全面地反映结构各部分状态的均衡性和重要性,变权综合评估方法实例,返回主目录,红旗港桥简介 监测仪器的架设 荷载试验 参数识别 承载能力评定 监测评估系统实现,系统应用实例,红旗港桥简介,红旗港桥位于上海市金山区亭卫公路,跨径 13m16m+13m,横向 18片板梁,监测仪器的架设,应变测点8个，布置在中跨、边跨跨中 挠度测点1个，布置在边跨跨中,采用基于静态应变及位移测量的结构参数识别方法，为建立结构
11、实际有限元模型提供测试数据信息 为保证试验数据的可靠性，在应变监测测点附近粘贴了电阻式应变片，对比数据显示，荷载试验的数据可靠，达到了预期的要求,荷载试验,加载工况,工况1、2：加载在1车道边跨、中跨 工况3、4：加载在2车道边跨、中跨,数据分析处理,将EI作为识别参数 采用结构静力优化识别方法 采用Gauss-Newton法求解非线性问题 识别结果,边跨13m梁： 中跨16m梁：,参数识别,抗力计算 评估荷载效应计算 恒载内力计算 承载能力系数计算,该桥具有较大的承载能力和潜力,承载能力评定,监测评估系统实现,系统主界面,监测数据采集与处理,结构状态综合评估,返回主目录,红旗港桥结构状态综合
12、评估结果良好，具有较大的承载潜力,研究工作总结 研究工作的创造性贡献 应用前景与研究展望,结论与展望,研究了一种基于静态测试数据的动态监测评估系统 研究了一套监测数据采集系统 研究了一套基于静态测试数据动态评估模型 对背景工程进行了初步评估,研究工作总结,开拓性地研究了中小桥梁基于静态测试数据的动态监测评估系统，并应用于桥梁管理系统之中； 根据实际需求研究了一套实用的监测数据采集系统 ，实现了动态远程数据采集与传输； 提出了一种基于静态监测数据的动态评估模型，实现了中小桥梁工作性能的定量评价；,研究工作的创造性贡献,研究采用传递误差最小准则及遗传算法实现了传感器的优化配置 ，研究了复杂结构桥梁
13、中的应用； 研究基于静态监测数据，采用参数优化估计、使用两种算法进行桥梁结构参数识别 ； 研究将量化的监测数据融入层次分析法、变权综合评估法中，形成一套桥梁状态综合评估方法。,推广应用于上海市主要道路中小桥梁的监测、评估，实现网络级、项目级结合的桥梁综合监测管理系统； 研究成果应用于多种桥梁结构类型，研究拓展至复杂结构桥梁、大跨径桥梁； 对桥梁结构退化预测和养护管理决策的理论进行研究； 将研究成果与数字城市平台相结合，最终实现桥梁数字信息全息化，监测评估可视化，运营管理智能化。,应用前景与研究展望,谢谢各位专家！,返回首页,1、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。20.9.1620.9.16
14、Wednesday, September 16, 2020 2、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。19:09:5619:09:5619:099/16/2020 7:09:56 PM 3、越是没有本领的就越加自命不凡。20.9.1619:09:5619:09Sep-2016-Sep-20 4、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。19:09:5619:09:5619:09Wednesday, September 16, 2020 5、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。20.9.1620.9.1619:09:5619:09:56September 16, 2020 6、意志坚强的人能把世
15、界放在手中像泥块一样任意揉捏。2020年9月16日星期三下午7时9分56秒19:09:5620.9.16 7、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。2020年9月下午7时9分20.9.1619:09September 16, 2020 8、业余生活要有意义，不要越轨。2020年9月16日星期三7时9分56秒19:09:5616 September 2020 9、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。下午7时9分56秒下午7时9分19:09:5620.9.16 10、你要做多大的事情，就该承受多大的压力。9/16/2020 7:09:56 PM19:09:562020/9/16 11、自己要先看得起自己，别人才会看得起你。9/16/2020 7:09 PM9/16/2020 7:09 PM20.9.1620.9.16 12、这一秒不放弃，下一秒就会有希望。16-Sep-2016 September 202020.9.16 13、无论才能知识多么卓著，如果缺乏热情，则无异纸上画饼充饥，无补于事。Wednesday, September 16, 202016-Sep-2020.9.16 14、我只是自己不放过自己而已，现在我不会再逼自己眷恋了。20.9.1619:09:5616 September 202019:09,谢谢大家,
