PDF《一、项目名称》

一、项目名称 桥梁智能化监测系统集成与预警评估应用

二、提名者及提名意见

1、提名者: 安徽省交通运输厅

2、提名意见: 我单位认真审阅了该项目推荐书及其附件材料, 确认全部材料真实有效, 相关栏目均符 合安徽省科学技术奖励委员会办公室的填写要求.

该项目课题组依托安庆长江大桥,系统建立了涵盖 异构通信网络传输技术→动态荷 载识别与称重技术→车辆和响应反演技术→综合预警评估及集成应用 的监测系统平台和技 术体系,解决了桥梁智能化监测中的关键技术问题.针对桥梁监测中信号传输的特点,设计 了桥梁监测异构通信网络传输系统, 提出了通信设备和通信资源优化控制方法, 实现了桥梁 监测通信网络的通畅运行和各监测设备的智能化集成;

提出了基于智能化监测系统实时数据 动态荷载方法, 实现了车辆荷载的动态称重;

建立了大跨斜拉桥疲劳荷载车辆模型及频谱值 和实时称重监测数据的大跨斜拉桥通行车辆反演模型, 实现了桥梁实时车辆荷载作用下的桥 梁结构位移响应同步反演;

研发了基于同步反演的通行车辆和区间响应曲率指标的长大桥梁 交通荷载监测与超限预警软件, 可提前为桥梁管养部门在交通高峰期、 重车或特殊车辆过桥 时提供结构安全评估和预警,实现被动监测为主动预防. 该项目技术陆续应用于省内大跨桥梁和市政桥梁的健康监测系统中, 推动了桥梁健康监 测行业的科技进步、技术创新和可持续发展,经济和社会效益十分显著. 提名该项目为安徽省科学技术进步一等奖.

三、项目简介 本项目属于电子通信与自动化控制技术、土木建筑工程及交通运输安全工程领域.桥 梁监测是《国家中长期和技术发展规划纲要》中 开发交通运输基础设施建设和养护关键技 术 和 《交通运输部中长期发展纲要》 中 研发特大桥运营监控和诊断与快速检测关键技术 的重要内容.集成智能化监测系统,做好预警评估,为桥梁安全运营提供科学依据,预防和 减少灾害事故的发生意义重大. 本项目系统建立了涵盖 异构通信网络传输技术→动态荷载 识别与称重技术→车辆和响应反演技术→综合预警评估及集成应用 的监测系统平台和技术 体系,解决了桥梁智能化监测中的关键技术问题. 1.针对桥梁监测中信号传输的特点,设计了桥梁监测异构通信网络传输系统,提出了 通信设备和通信资源优化控制方法, 实现了桥梁监测通信网络的通畅运行和各监测设备的智 能化集成,克服了通常异构信息导致的传输不稳定问题. 2.提出了基于智能化监测系统实时数据动态荷载方法,采用具有多尺度特性三角小波 函数作为时间形函数来逼近动荷载, 可根据实际需要通过提升小波函数尺度自适应提高荷载 识别精度,并以此为基础实现了车辆荷载的动态称重. 3.基于动态称重系统获取的长期监测数据,建立了大跨斜拉桥疲劳荷载车辆模型及频 谱值和实时称重监测数据的大跨斜拉桥通行车辆反演模型, 实现了桥梁实时车辆荷载作用下 的桥梁结构位移响应同步反演. 4.结合同步反演的位移响应和监测的应变响应,实现了不同类型响应的优势互补,建 立了时域内区间响应曲率指标,识别桥梁损伤.采用了区间响应曲率指标,整合了区域内全 部点的数据,具有良好的抗噪性能. 5.提出了荷载-响应同步分析的理念,研发了基于同步反演的通行车辆和区间响应曲率 指标的长大桥梁交通荷载监测与超限预警软件, 可提前为桥梁管养部门在交通高峰期、 重车 或特殊车辆过桥时提供结构安全评估、预警,实现被动监测为主动预防. 研究成果经安徽省公路学会鉴定,总体达到国内领先水平.本项目获授权发明专利

5 项,实用新型专利

3 项,软件著作权

8 项,发表学术论文

15 篇,其中 SCI 检索论文

11 篇, 主编安徽省地方标准

1 部. 奖励申报查新报告(编号:2019C1000946)表明:本项目提出了基于积伤率和等效疲 劳损伤原理并采用多重混合 Gauss 分布函数拟合各类型车辆等效轴重和轴距的方法, 基于实 时称重监测数据的车辆反演模型实现桥梁实时车辆荷载作用下的桥梁结构响应同步反演, 设 计了时变环境下桥梁监测通信网络设备的传输功率和通信资源优化控制方法, 且综合采用了 基于三角小波时间形函数的动态荷载自适应识别方法以及基于移动荷载作用下桥梁的位移 和应变响应的损伤识别方法,这在已检中的国内外相关文献中未见述及. 自2012 年至今,该项目技术陆续应用于安徽省内的安庆长江大桥、马鞍山长江大桥、 寿阳淮河大桥、 淮南淮上大桥等的健康监测系统中, 集成于安徽省长大桥梁健康监测信息平 台.同时研究成果还在江苏、福建、重庆等省外多座长大桥梁和市政桥梁的健康监测系统中 获得应用.其中检测单位近三年新增产值约 3.8 亿元、利润约 0.7 亿;

桥梁管养单位近三年 节省运维资金约

1643 万元,经济和社会效益十分显著. 项目研究成果的推广应用, 推动了桥梁健康监测行业的科技进步、 技术创新和可持续发 展.

四、客观评价 本项目客观评价主要有四个方面来源:

(一)鉴定结论

2018 年11 月28 日,安徽省公路学会在合肥市主持召开了安徽省交通控股集团有限公 司2014 年科研项目 桥梁汽车荷载集度监测与安全预警技术研究 (编号 2014-10)成果评 价会.与会专家听取了项目组的汇报,查阅了研究报告等相关文件,经质询和讨论,形成评 价意见如下:

1、项目组提交的资料齐全,内容完整,符合验收要求.

2、 项目研究以安庆长江公路大桥为依托, 根据动态称重系统获取的汽车荷载监测数据, 分析提出了汽车荷载集度模型, 初步建立了实际汽车荷载与结构响应之间的关系, 并根据理 论计算和实桥监测数据对比分析研究,确定了预警的阈值,开发了汽车荷载监测预警软件.

3、主要创新成果: (1)建立实测监测数据研究,提出了多重混合 Gauss 分布函数拟合各类型车辆等效轴 重和轴距的方法;

(2)提出了单辆重车对大跨桥梁主梁挠度的振荡效应及汽车荷载集度作用下的位移反 演方法;

(3)在理论计算和实桥监测数据对比分析基础上,提出了合理的预警阈值.

4、项目研究成果在安庆长江公路大桥的养护管理中得到了成功应用,具有显著的经济 效益和社会效益. 综上所述,项目研究总体达到国内领先水平. (本部分资料详见附件鉴定评价意见,见附件 3-1) .

(二)鉴定查新报告 见附件 3-2,3-3.

(三)奖励申报查新报告 见附件 3-4.

(四)同行在重要学术刊物公开发表的学术性评价意见 江苏省仪器仪表学会理事长、东南大学苏州研究院常务副院长张为公教授发表于国际 SCI 杂志 Sensors 的论文(Vol.18,No.8, 2493, 2018)评价了基于智能化监测系统实时数据的 动态荷载识别方法.认为该方法通过了实验验证(the presented method has been tested with experiments) ,损伤位置识别精度高于 97% (the accuracy of location can exceed 97%) . (见 附件 3-5) 哈尔滨工业大学桥梁系国际研究团队负责人刘洋教授发表于国际 SCI 杂志 Sensors 的论 文(Vol.18,No.12, 4446, 2018)评价了移动荷载作用下桥梁的位移和应变响应的损伤识别 方法.认为该方法不需要有限元模型(without a baseline finite element model), 方法的可行 性和有效性通过了数值和试验的的验证(the feasibility, effectiveness and limitations of this approach were investigated both numerically and experimentally) . (见附件 3-6)

五、应用情况 桥梁智能化监测系统集成与预警评估应用技术已在国内多家桥梁建设单位、管理单位、 设计单位、检测和监测单位进行了推广应用.安庆长江公路大桥有限责任公司、安徽省交通 控股集团有限公司养护管理中心和安徽省交通控股集团有限公司淮南管理处分别在安庆江 公路大桥、 马鞍山长江大桥和寿阳淮河大桥的日常管理中, 采用了该成果对监测系统海量数 据进行研究,开展了特大桥全寿命周期安全性能监控、安全预警评估技术与应用,为大桥运营 管理及维护决策提供了依据. 安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司在淮南淮上淮河公 路大桥、 池州市政桥梁等省内外桥梁养护检测项目中, 采用了该成果对桥梁的状况进行评估. 健研检测集团有限公司、 苏交科集团股份有限公司和安徽省高速公路试验检测科研中心有限 公司分别在厦门市快速公交 BRT 高架桥、龙岩大道高架桥、重庆箭滩河大桥、重庆悦来滨 江大桥等项目,江苏省内跨江大桥等项目,安徽安庆长江大桥、马鞍山长江大桥、寿阳淮河 大桥等项目的监测系统时, 采用该成果提高监测系统的实用性和可靠性. 桥梁智能化监测系 统集成与预警评估应用技术的应用,获得了显著的社会和经济效益. 同时,依托桥梁智能化监测系统集成与预警评估应用技术,主编了安徽省地方标准《公 路斜拉桥养护检测技术规程》 , 为安徽省内公路斜拉桥的检测、 监测、 养护和管理提供依据. 而且, 该研究成果还能与国家和行业桥梁和结构的监测标准、 规范的有机结合, 在铁路桥梁、 城市桥梁等工程领域进行推广,应用前景广阔. 主要应用单位情况表 序号 单位名称 应用的技术 应用对象 及规模 应用起止 时间 单位联系人/电话

1 安庆长江公 路大桥有限 责任公司 桥梁智能化监 测系统集成与 预警评估 安庆长江公路大 桥2014 年至今 李桂林 /0556-5209112

2 安徽省交通 控股集团有 限公司养护 管理中心 桥梁智能化监 测系统集成与 预警评估 马鞍山长江公路 大桥

2015 年至今 张立奎 /18055129800

3 安徽省交通 控股集团有 限公司淮南 管理处 桥梁智能化监 测系统集成与 预警评估 寿阳淮河公路大 桥2016 年至今 牛瑞金 /13500571882

4 安徽省高速 公路试验检 测科........