基于大數(shù)據(jù)分析的橋梁健康狀況評價(jià)

趙義龍，王少欽，曹明盛，李宇杰

（1. 北京建筑大學(xué)土木與交通工程學(xué)院，北京 100044，2. 北京建筑大學(xué)理學(xué)院，北京 100044；3. 北京市地鐵運(yùn)營有限公司，北京 100044）

1 研究背景

隨著現(xiàn)代化進(jìn)程的推進(jìn)，我國橋梁建設(shè)取得了舉世矚目的成就[1]。然而，橋梁在長時(shí)間的環(huán)境侵蝕、外荷載反復(fù)的動力作用下，引起結(jié)構(gòu)的局域性損傷，或產(chǎn)生影響橋上行車舒適性與安全性的振動。隨著損傷的累積，結(jié)構(gòu)的抗力和壽命下降，從而給工程結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定性帶來隱患[2]。國內(nèi)外已發(fā)生多起惡性橋梁事故，給公眾生命財(cái)產(chǎn)安全帶來極大的損失。事故分析結(jié)果表明，監(jiān)測系統(tǒng)不完善、預(yù)警機(jī)制不健全是導(dǎo)致一部分事故發(fā)生并加重人員傷亡與經(jīng)濟(jì)損失的主要原因。傳統(tǒng)的橋梁養(yǎng)護(hù)管理模式大多屬于在橋梁出現(xiàn)病害后的一種糾正性維護(hù)方式，這種養(yǎng)護(hù)策略是被動的，并且采用的檢測方法主要是通過人工目測檢查或借助便攜式儀器對橋梁進(jìn)行檢測，存在實(shí)時(shí)性差、耗費(fèi)大量人力物力、受檢測人員知識經(jīng)驗(yàn)技能影響大、影響正常交通等諸多局限性，已經(jīng)不能滿足大規(guī)模結(jié)構(gòu)健康檢測評定的發(fā)展需求。在“互聯(lián)網(wǎng)+”的理念下，迫切需要建立一個能夠通過實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)反映橋梁健康狀況的橋梁評價(jià)系統(tǒng)。

程輝等[3]提出了包括數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)控制及管理子系統(tǒng)、評估及報(bào)警子系統(tǒng)在內(nèi)的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)，以期實(shí)現(xiàn)橋梁綜合信息、智能化養(yǎng)護(hù)、多元化橋梁決策、便捷化辦公4 個主要功能。Brito 等[4]針對混凝土橋梁開發(fā)了橋梁管理專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了橋梁檢測和橋梁管理策略優(yōu)化功能。Melhem 等[5]采用專家系統(tǒng)工具CLIPS(C Language Integrated Production System)，建立了橋梁總體評價(jià)程序，提出了模糊加權(quán)向量方法來評估橋梁健康狀況。Furuta 等[6]采用將遺傳算法(genetic algorithms)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(neural networks)相結(jié)合的方法，開發(fā)了橋梁損傷模糊評價(jià)專家系統(tǒng)。楊軍[7]認(rèn)為，橋梁健康監(jiān)測大數(shù)據(jù)中心是以橋梁健康、安全預(yù)防評估與診斷信息為基礎(chǔ)，以現(xiàn)代信息技術(shù)為支撐，能夠及時(shí)為橋梁及其群體的健康評估、診斷防治等方面提供科學(xué)指導(dǎo)，以提高綜合防治質(zhì)量和效率為目的的聯(lián)合機(jī)構(gòu)。李惠等[8]研究了橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)的功能、特點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)方法與軟硬件系統(tǒng)，完成了橋梁健康監(jiān)測任務(wù)對各個子系統(tǒng)協(xié)同工作的要求；提出了以LabWindows /LabVIEW 為橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的核心軟件，用其指揮、調(diào)用和驅(qū)動各個子系統(tǒng)的運(yùn)行和數(shù)據(jù)的交互與通信。張啟偉[9]提出，橋梁健康監(jiān)測的基本內(nèi)涵是通過對橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的監(jiān)控與評估，為大橋在特殊氣候、交通條件下或橋梁運(yùn)營狀況嚴(yán)重異常時(shí)觸發(fā)預(yù)警信號，為橋梁維護(hù)與管理決策提供依據(jù)和指導(dǎo)。

國內(nèi)外的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)研究一般只有理論層面的構(gòu)架和模塊，缺乏具體的數(shù)據(jù)處理方法、數(shù)據(jù)判別標(biāo)準(zhǔn)以及預(yù)警界限等[10-11]。已有橋梁健康監(jiān)測平臺大多建立時(shí)間較早，存在一些問題：不能較好適用于現(xiàn)在的大量監(jiān)測數(shù)據(jù)，對于數(shù)據(jù)只能進(jìn)行簡單分類，沒有統(tǒng)一的橋梁健康評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，不能充分利用監(jiān)測數(shù)據(jù)及時(shí)準(zhǔn)確地反映橋梁健康狀況，緊急狀況預(yù)警不及時(shí)，等等。

下面運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法建立數(shù)學(xué)模型，對大量監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并通過合理的車-橋相互作用模型，對車輛及橋梁的振動響應(yīng)進(jìn)行模擬計(jì)算，通過對比實(shí)測數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)驗(yàn)證模型的合理性，結(jié)合實(shí)際工程及模擬數(shù)據(jù)，制定基于大數(shù)據(jù)的橋梁健康狀況評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。在此基礎(chǔ)上，利用監(jiān)測數(shù)據(jù)和制定的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，建立橋梁健康狀況實(shí)時(shí)評價(jià)預(yù)警系統(tǒng)，通過監(jiān)測系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反映橋梁的健康狀況，以便于橋梁管理人員做出合理決策。

2 監(jiān)測數(shù)據(jù)采集與分析

2.1 數(shù)據(jù)采集

北京地鐵5 號線某高架橋上安裝完整的監(jiān)測系統(tǒng)，如圖1 所示，其中包括溫度監(jiān)測、應(yīng)力監(jiān)測、位移監(jiān)測等。

1) 溫度監(jiān)測：選用環(huán)球之星9980 環(huán)境溫度傳感器，監(jiān)測精度為0.1℃，量程為-40～120℃。

2) 應(yīng)力監(jiān)測：低頻選用環(huán)球之星9250 應(yīng)力計(jì)，監(jiān)測精度為1 με，量程為3 000 με，高頻選用GBY-125型工具式表面應(yīng)變傳感器。

3) 梁體位移及支座位移監(jiān)測：低頻選用基恩士IL-S100 激光位移傳感器，監(jiān)測精度為0.1 mm，量程為60 mm，高頻選用TCWY-50 動態(tài)數(shù)字位移傳感器。

監(jiān)測數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)上傳到網(wǎng)上數(shù)據(jù)管理平臺，以供評價(jià)系統(tǒng)導(dǎo)出及調(diào)用。

2.2 數(shù)據(jù)分析

在監(jiān)測大數(shù)據(jù)處理方面，李愛群等[12]采用最大熵法、小波包分析、數(shù)據(jù)融合技術(shù)等信號分析和數(shù)據(jù)處理方法，研究適用于大型土木工程結(jié)構(gòu)的損傷預(yù)警技術(shù)。

本研究利用快速傅里葉變換及小波分析，探究不同位置應(yīng)力監(jiān)測信號的頻率組分，分析其頻譜特征，并結(jié)合溫度監(jiān)測信號的頻譜特征，探尋梁體應(yīng)力信號和環(huán)境溫度信號之間的關(guān)聯(lián)性。對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理并剔除異常數(shù)據(jù)，再利用Origin 軟件進(jìn)行擬合分析，得出一年內(nèi)溫度及應(yīng)力隨時(shí)間變化關(guān)系(見圖2)。從全年總體上看，梁體應(yīng)力與溫度變化趨勢相同，近似為正弦變化。

圖1 部分監(jiān)測儀器及測點(diǎn)布置Fig. 1 Some monitoring equipment and measuring point layout

選擇2017 年11 月的監(jiān)測數(shù)據(jù)做出應(yīng)力及溫度時(shí)間序列圖(見圖3)，從應(yīng)力及溫度月變化的情況來看，梁體應(yīng)力與溫度隨時(shí)間變化基本同步。

圖2 梁體年應(yīng)力及溫度時(shí)間序列圖Fig. 2 Annual time series of stress and temperature of the beam

圖3 梁體月應(yīng)力及溫度時(shí)間序列圖Fig. 3 Monthly time series of stress and temperature of the beam

影響梁體應(yīng)力變化的主要因素有溫度和車輛荷載，為了研究這兩者對梁體應(yīng)力變化的影響，需要運(yùn)用控制變量法，即在保證一個影響因素不變的條件下，研究另一個因素對應(yīng)力的影響?？紤]到北京地鐵的發(fā)車時(shí)間間隔為3～5 min，在出行高峰期內(nèi)每半小時(shí)會有6～10 趟列車通過橋梁，通常在不出現(xiàn)極端異常天氣的情況下，半小時(shí)內(nèi)的溫度變化可以忽略。數(shù)據(jù)量方面，半小時(shí)內(nèi)每個指標(biāo)約有18 萬條數(shù)據(jù)，足夠保證分析結(jié)果的可靠性。綜上所述，可選擇出行高峰期內(nèi)每半個小時(shí)采集的數(shù)據(jù)為一組，分析荷載對梁體應(yīng)力的影響，做出應(yīng)力時(shí)程曲線，如圖4 所示。

可以看出，半小時(shí)內(nèi)梁體應(yīng)力出現(xiàn)了6 次較大幅度波動，波峰間隔約5 min，這與北京地鐵列車運(yùn)行時(shí)間間隔較為吻合。因此組數(shù)據(jù)取自中午12:00 出行高峰期，該時(shí)段內(nèi)列車載重相對較大，車輛荷載引起的應(yīng)力波動幅度在0.08 MPa 以內(nèi)，可以表明列車荷載不是影響梁體應(yīng)力變化的主要因素，通過分析其他時(shí)間段數(shù)據(jù)也得出同樣結(jié)論。分析梁體順橋向位移、橫向位移、支座豎向位移、橫向位移等監(jiān)測指標(biāo)，也可得出列車荷載均不是其主要影響因素。

圖4 應(yīng)力時(shí)程曲線Fig. 4 Stress time history curve

在分析溫度對各項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)的影響時(shí)，需要保證橋梁上荷載條件相同。由于列車過橋時(shí)間短且隨機(jī)性大，所以無法考慮橋上有車時(shí)溫度對各項(xiàng)監(jiān)測指標(biāo)的影響。地鐵在晚上12:00 至次日凌晨6:00 停止運(yùn)行，該時(shí)間段內(nèi)橋梁上沒有活載，一年內(nèi)溫度變化范圍足夠大，不同年份溫度變化具有周期性，因此可選取一年中每天晚上12:00 至次日凌晨6:00 的數(shù)據(jù)，分析溫度對各監(jiān)測指標(biāo)的影響。鑒于數(shù)據(jù)量龐大，幾分鐘內(nèi)的溫度變化可以忽略且不影響評價(jià)的準(zhǔn)確性，因此每2 min 選取一組數(shù)據(jù)，做出應(yīng)力隨溫度變化關(guān)系，如圖5 所示?？梢钥闯觯后w應(yīng)力變化受溫度影響較為顯著，因此可認(rèn)為溫度是影響梁體應(yīng)力變化的主要因素。鋼筋混凝土梁的質(zhì)量遠(yuǎn)大于列車質(zhì)量，因此列車活載不會對其產(chǎn)生顯著影響。由文獻(xiàn)[13]可知，由于混凝土的導(dǎo)熱性能較差，導(dǎo)致梁體截面溫差大，混凝土的不均勻熱脹冷縮受到相鄰部分混凝土的約束，不能自由變形產(chǎn)生次內(nèi)力，因此其應(yīng)力變化受溫度影響更加顯著。

圖5 應(yīng)力-溫度散點(diǎn)圖Fig. 5 Stress-temperature scatter plot

分別選取一年中溫度相差較大的4 天做出應(yīng)力隨時(shí)間變化關(guān)系曲線，如圖6 所示?？梢钥闯?，同一條曲線上的應(yīng)力波動主要是列車荷載作用及日溫差引起的，不同曲線間幅值差異主要是溫度變化引起的，可見溫度對應(yīng)力的影響比列車荷載的影響更加顯著。

圖6 不同日期應(yīng)力-溫度曲線Fig. 6 Stress-temperature curves for different dates

由以上分析可知，溫度是影響梁體應(yīng)力變化的主要因素，因此選用4 種不同擬合方案對梁體應(yīng)力和溫度的關(guān)系進(jìn)行擬合，擬合結(jié)果展示如表1 所示。

方案1：溫度差ΔT和梁體應(yīng)力σ的一元線性擬合；方案2：溫度T、溫度差ΔT和梁體應(yīng)力σ的多元線性擬合；方案3：溫度差ΔT和梁體應(yīng)力差Δσ的一元線性擬合；方案4：溫度T和梁體應(yīng)力σ的一元線性擬合。

表1 擬合結(jié)果Tab. 1 Fitting results

由表中可見方案4 的擬合效果最好，梁體應(yīng)力變化與溫度成正比關(guān)系，且滿足

式中，σ 為應(yīng)力，t 為溫度。

3 橋梁健康狀況綜合評價(jià)

3.1 仿真計(jì)算

選擇北京地鐵5 號線大屯路東—北苑路北區(qū)間119#—120#簡支T 梁橋進(jìn)行測試及仿真計(jì)算。橋梁全長25 m，橋?qū)?.6 m，主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T 梁，如圖1(g)所示。車輛模型是由機(jī)車和若干輛客、貨車組合而成的列車，每輛車又是由車廂體、轉(zhuǎn)向架、輪對以及彈簧-阻尼器懸掛裝置組成的多自由度振動系統(tǒng)。

通過對車輛模型、橋梁模型及其相互耦合關(guān)系的研究，得到車橋耦合振動系統(tǒng)的動力平衡微分方程為

式中，M、C、K、X 分別為質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣、剛度矩陣和位移向量，下標(biāo)b、v 分別表示橋梁及車輛，F(xiàn)vb、Fbv分別表示列車-橋梁系統(tǒng)間的相互作用力。

利用Midas 軟件建立的橋梁模型如圖7 所示，通過提取相關(guān)參數(shù)，根據(jù)Fortran 編寫程序計(jì)算車橋耦合振動方程，得出車輛、橋梁的位移、加速度等動力響應(yīng)，將計(jì)算所得橋梁豎向位移及實(shí)測位移繪成時(shí)程曲線，如圖8 所示。

圖7 橋梁模型Fig. 7 Bridge model

圖8 橋梁豎向位移時(shí)程曲線Fig. 8 Time history of vertical displacement of a bridge

由時(shí)程曲線可見，橋梁豎向位移變化范圍在0～5 mm之間，變化幅度為5 mm，相對于橋梁的跨徑25 m僅為1/5 000，因此車輛活載不是影響橋梁監(jiān)測指標(biāo)的主要因素，也驗(yàn)證了實(shí)測數(shù)據(jù)分析結(jié)論的可靠性。

通過實(shí)測數(shù)據(jù)與仿真計(jì)算數(shù)據(jù)的對比，驗(yàn)證了實(shí)測數(shù)據(jù)的有效性及仿真模型的可靠性。由以上時(shí)程曲線可看出，實(shí)測數(shù)據(jù)與仿真計(jì)算數(shù)據(jù)的走勢基本一致，峰值接近，實(shí)測跨中位移峰值為5.0 mm，仿真計(jì)算所得跨中位移極值為4.2 mm。分析誤差產(chǎn)生的原因有：結(jié)構(gòu)服役期間內(nèi)，出現(xiàn)疲勞損傷，混凝土收縮徐變、預(yù)應(yīng)力筋松弛等原因?qū)е聵蛄簞偠缺壤碚撝灯?，從而使得?shí)測跨中位移偏大。此外，橋址周圍的公路交通車輛也會引起地面振動，使得實(shí)測結(jié)果偏大。

以上數(shù)據(jù)基本可以驗(yàn)證實(shí)測數(shù)據(jù)的有效性，以及仿真模型的可靠性。

3.2 動態(tài)閾值

北京地鐵5 號線于2002 年12 月28 日開工建設(shè)，2007 年10 月7 日正式運(yùn)營，目前處于服役初期，各監(jiān)測指標(biāo)、歷年巡檢結(jié)果均滿足相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，表明橋梁健康狀況良好。故2016—2019 年在該線路采集的數(shù)據(jù)均在橋梁健康狀況比較良好的范圍內(nèi)，為期3 年的數(shù)據(jù)量足夠大，且溫度具有年回歸周期性，可以避免偶然誤差。鑒于現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)沒有動態(tài)閾值的相關(guān)規(guī)定，故參考均值控制圖法，采用正常監(jiān)測數(shù)據(jù)范圍的置信區(qū)間作為各評價(jià)指標(biāo)的動態(tài)閾值。

均值控制圖原理是統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)的圖上作業(yè)法，在控制圖上每描一個點(diǎn)就是做一次統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)，并將假設(shè)檢驗(yàn)以一種可視的形式表示出來。在圖中，做出中心線(CL)、上控制線(UCL)、下控制線(LCL)和一系列的數(shù)據(jù)點(diǎn)列。中心線表示所有樣本的均值位置，而上下控制線則是按照一定的置信度得到的置信區(qū)間。若監(jiān)測數(shù)據(jù)點(diǎn)落在控制線之間，可認(rèn)為數(shù)據(jù)點(diǎn)正常；相反，若落在控制線之外，則認(rèn)為該數(shù)據(jù)點(diǎn)異常。

均值控制圖法非常適用于地鐵橋梁的實(shí)時(shí)監(jiān)測，當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)連續(xù)多次超出置信區(qū)間時(shí)，可以做出橋梁損傷或出現(xiàn)異常的預(yù)警[14]。

根據(jù)以上分析可知，溫度是影響橋梁各評價(jià)指標(biāo)的主要因素，因此把以溫度為自變量的回歸方程作為各評價(jià)指標(biāo)的動態(tài)閾值。由統(tǒng)計(jì)理論可知，置信度為100%的置信區(qū)間為(L-δ，L+δ)，即所有監(jiān)測數(shù)據(jù)均在該區(qū)間內(nèi)，若數(shù)據(jù)超出該區(qū)間，則表明橋梁可能出現(xiàn)不良病害，以此作為一級預(yù)警閾值；考慮到監(jiān)測儀器誤差及環(huán)境影響等不確定因素，將該區(qū)間適當(dāng)放大為(L-1.2δ，L+1.2δ)，作為二級預(yù)警閾值。其中，L為擬合曲線，δ為同一溫度下監(jiān)測值與擬合值的最大差值的絕對值。

如圖9 所示，以119#～120#梁(東3 腹板西)的梁體應(yīng)力為例，擬合直線方程為

圖9 應(yīng)力動態(tài)閾值Fig. 9 Dynamic Threshold of Stress

一級預(yù)警上、下限分別為

二級預(yù)警上、下限分別為

3.3 綜合評價(jià)

本部分主要依據(jù)《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》(JTG H11—2004)[15]、《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTGT H21—2011)[16]以及《城市軌道交通運(yùn)營監(jiān)測與評價(jià)方法》，對橋梁整體健康狀況做出評價(jià)，其具體評定方法主要是按照構(gòu)件-部件-全橋的順序，評分按式(6)～(9)進(jìn)行評定。

3.3.1 構(gòu)件評價(jià)

橋梁構(gòu)件的技術(shù)狀況評分計(jì)算如下：

式中，MCI 為某一構(gòu)件的技術(shù)狀況評分，DP 為該構(gòu)件監(jiān)測指標(biāo)所在區(qū)間對應(yīng)的扣分值，而扣分區(qū)間參照相應(yīng)規(guī)范。

3.3.2 部件評價(jià)

包含多個同類構(gòu)件的部件技術(shù)狀況評分計(jì)算如下：

3.3.3 結(jié)構(gòu)評價(jià)

結(jié)構(gòu)(上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、附屬結(jié)構(gòu))的技術(shù)狀況評分計(jì)算如下：

式中，CI 為結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評分，n為結(jié)構(gòu)包含的構(gòu)件種類數(shù)，Wi為第i類部件的權(quán)重(按規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)取值)。

3.3.4 總體評價(jià)

橋梁總體技術(shù)狀況評分計(jì)算如下：

式中，Dr為橋梁總技術(shù)狀況評分，φi為結(jié)構(gòu)所占權(quán)重，按表2 取值。

3.3.5 安全等級

借鑒文獻(xiàn)[17]給出的橋梁評估指標(biāo)分?jǐn)?shù)值，將橋梁整體安全狀況劃分為5 類，如表3 所示。其中，1 類橋梁功能完好；2 類橋梁有輕微缺損，不影響橋梁使用；3 類橋梁有中等缺損，尚能維持正常使用；4 類橋梁主要構(gòu)件有較大的缺損，嚴(yán)重影響橋梁使用；5 類橋梁主要構(gòu)件嚴(yán)重缺損，不能正常使用，危及橋梁安全，橋梁處于危險(xiǎn)狀態(tài)。將上面得到的橋梁總體技術(shù)狀況評分與表3 對照，即可評定橋梁健康狀況等級。

表2 各結(jié)構(gòu)權(quán)重分配Tab. 2 Re-allocation for each structure

表3 安全等級劃分Tab. 3 Classification of security levels

以119#～120#簡支T 梁橋?yàn)槔瑢? 月26 日監(jiān)測數(shù)據(jù)導(dǎo)入監(jiān)測系統(tǒng)，按上述流程處理，可得上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、附屬結(jié)構(gòu)的評分，分別為87.3、90、90，將其代入式(9)，可得

對照表3，可知橋梁總技術(shù)狀況評分Dr在80～95之間，故該橋梁健康狀況屬于2 類，如圖10 所示。

圖10 橋梁綜合評價(jià)Fig. 10 Comprehensive evaluation of bridges

4 橋梁健康狀況評價(jià)系統(tǒng)

目前，基于云計(jì)算的橋梁健康監(jiān)測大數(shù)據(jù)分析均存在一定的局限性：只針對一個或幾個工程，通用性較差，不利于推廣普及；對實(shí)測數(shù)據(jù)利用不充分，不能發(fā)揮大數(shù)據(jù)價(jià)值；偏重于監(jiān)測內(nèi)容和技術(shù)，缺乏數(shù)據(jù)處理方法的研究及創(chuàng)新[18]。

本研究建立的橋梁狀態(tài)評估系統(tǒng)主要包括單項(xiàng)評估和綜合評估兩部分。

1) 單項(xiàng)評估是對各項(xiàng)監(jiān)測項(xiàng)目數(shù)據(jù)處理后與閾值比較：當(dāng)超過閾值時(shí)系統(tǒng)會及時(shí)報(bào)警，并根據(jù)超限程度調(diào)用專家?guī)煜到y(tǒng)，生成維修方案，以Word 形式輸出；若未超閾值系統(tǒng)會對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲，并根據(jù)存儲的信息分析今后某一段時(shí)間的數(shù)據(jù)趨勢，以圖線的形式輸出，設(shè)計(jì)流程如圖11 所示。

2) 綜合評估是對橋梁整體進(jìn)行實(shí)時(shí)評價(jià)：將各個監(jiān)測項(xiàng)目數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，剔除異常數(shù)據(jù)，通過與規(guī)范中的標(biāo)度比較，將所得分?jǐn)?shù)進(jìn)行加權(quán)得出各部件分?jǐn)?shù)，再加權(quán)得到最終分?jǐn)?shù)及最終橋梁等級，從而分析整座橋梁是否處于安全運(yùn)營狀態(tài)，其設(shè)計(jì)流程如圖12所示。

圖11 單項(xiàng)評估流程Fig. 11 Single item evaluation

圖12 綜合評估流程Fig. 12 Comprehensive assessment

目前，該系統(tǒng)已基本完成開發(fā)并實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能，其優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)時(shí)性強(qiáng)，單項(xiàng)評估體系隨時(shí)監(jiān)測橋梁的關(guān)鍵性控制指標(biāo)，動態(tài)閾值及實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)以不同顏色的動態(tài)曲線予以展示，生動直觀，一旦出現(xiàn)超限情況會隨時(shí)觸發(fā)報(bào)警機(jī)制，便于管理方快速做出決策。綜合評價(jià)體系從總體上評估橋梁的整體健康狀況，評價(jià)結(jié)果以表格形式展示，表格中包含上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、附屬結(jié)構(gòu)的各自得分以及橋梁綜合評定等級；當(dāng)橋梁出現(xiàn)問題時(shí)，可以通過查看各部分得分來快速定位到病變部位，采取針對性措施，以保證投入的維修加固費(fèi)用在合適的地方，發(fā)揮最大的效益。

通過實(shí)時(shí)與長期監(jiān)測、局部與整體評價(jià)相結(jié)合，既能保障橋梁的實(shí)時(shí)服役安全，又能反映橋梁的長期健康狀況。部分?jǐn)?shù)據(jù)不準(zhǔn)確及其他問題需根據(jù)后期運(yùn)營調(diào)試情況進(jìn)一步完善調(diào)整，系統(tǒng)部分功能以119#～120#簡支T 梁橋?yàn)槔M(jìn)行展示，如圖13 所示。

圖13 梁體應(yīng)力實(shí)時(shí)監(jiān)測Fig. 13 Real-time monitoring of stress of the beam

5 結(jié)語

通過對橋梁實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出結(jié)論：溫度是影響各監(jiān)測指標(biāo)的主要因素，車輛荷載對其影響較??；利用仿真計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，驗(yàn)證了實(shí)測數(shù)據(jù)的有效性及仿真模型的可靠性。利用仿真模型結(jié)合實(shí)測數(shù)據(jù)及相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，給出了各評價(jià)指標(biāo)隨溫度動態(tài)變化的閾值及評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；在此基礎(chǔ)上，提出了橋梁健康狀況評價(jià)系統(tǒng)構(gòu)架及實(shí)現(xiàn)流程，并實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的開發(fā)與調(diào)試。