基于车桥虚拟接触点响应多指标融合的桥梁状态评估方法.pdfVIP

摘要

公路和城市道路的中小跨径桥梁数量庞大、覆盖范围广泛且维护投入较少，

定期检测周期长，桥梁服役状态难以实现及时评估，导致结构运营安全风险和不

确定性较高。基于移动车辆的结构评估是桥梁检测的一个重要全新领域，其原理

为利用车辆过桥时车辆响应中包含的桥梁振动信息，实现对桥梁状态的检测与评

估。针对该研究方向面临的检测车多假定为单自由度的局限、车辆参数对信号敏

感、评估指标单一等关键问题，本文提出基于双轴移动检测车辆的车桥虚拟接触

点信号，开展桥梁模态识别和多指标融合的桥梁状态评估研究方案，建立了具有

较高识别精度的桥梁模态识别方法，基于模态信息和车桥虚拟接触点信号的数据

特征构造多种损伤敏感指标，进而通过多指标融合实现对桥梁状态的定性评估，

为基于移动车辆的桥梁状态快速检测提供了新方法。论文主要工作概括如下：

首先，设计了适于中小跨度桥梁的双轴桥梁检测车，提出传感设备的安装和

应用方式，建立基于检测车获取车桥虚拟接触点信号的方法，并采用数值仿真对

所提出的方法进行验证，证明了本文所提方法可以有效估计车桥虚拟接触点响

应。

其次，研究提出了基于双轴检测车响应的桥梁模态参数识别方法。比较分析

做差法和盲源分离法在去除桥面不平度影响方面的效果，二者均能较好的滤除桥

面不平度影响；分析了两组识别桥梁频率和振型的方法，提出了采用傅里叶变换

峰值拾取法识别频率，采用STFDD方法识别振型，具有较高的识别精度。并采

用模型试验进行验证。分析了传感器安装位置、桥面不平度、车速等对模态参数

识别的影响，其中车速对模态参数识别精度影响较大。

然后，基于桥梁模态信息和通过机器学习方法提取车桥虚拟接触点信号的特

征，构建多个桥梁损伤指标。采用数值方式模拟桥梁损伤，并对桥梁损伤与指标

的关系进行分析与验证。

最后，对所提出的桥梁损伤指标对照桥梁状态与规范要求进行标准化划分，

提出多指标融合的桥梁状态评估方法和评估流程，并采用模型试验进行验证。

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关键词中小跨径桥梁；双轴检测车；车桥虚拟接触点；机器学习；状态评估

Abstract

Thenumberofsmallandmedium-sizedspanbridgesonhighwaysandurbanroads

islarge,withawidecoveragerangeandlessmaintenanceinvestment.Regular

inspectioncyclesarelong,anditisdifficulttotimelyevaluatetheservicestatusof

bridges,resultinginhighstructuraloperationalsafetyrisksanduncertainties.The

structuralevaluationbasedonmobilevehiclesisanimportantnewfieldofbridge

detection,whichutilizesthebridgevibrationinformationcontainedinthevehicle

responsewhenthevehiclecrossesthebridgetoachievethedetectionandevaluationof

thebridgestatus.Inresponsetothekeyissuesfacedbythisresearchdirection,suchas

thelimitedassumptionofsingledegreeoffreedomfordetectionvehicles,thesensitivity

ofvehicleparameterstosignals,andthesingleevaluationindex,