基于大数据的公路桥梁检测技术及应用方法.pdf

2024 年第 1 期48中国高新科技技术应用|TECHNOLOGY APPLICATION基于大数据的公路桥梁检测技术及应用方法杜宝鲁泗水县交通运输管理服务中心，山东 泗水 273200摘要：在实际的公路桥梁设计与施工中，需要进行大量的检测作业，以确保整体工程质量和运营安全。因此，文章利用大数据对公路桥梁结构进行动力学检测，建立荷载试验模型，采用能量释放法对模型进行求解，以加固公路桥梁的刚性结构，并根据历史数据对模型进行调整，提高公路桥梁荷载的准确性。试验结果表明：利用大数据的公路桥梁检测技术使事故减少了 23%，公路桥梁性能优良，满足设计与施工要求。关键词：大数据；公路桥梁试验检测；载荷试验；能量释放法文献标识码：A中图分类号：U448文章编号：2096-4137（2024）01-48-03DOI：10.13535/ki.10-1507/n.2024.01.09Highway bridge detection technology and application method based on Big dataDU BaoluSishui County Transportation Management Service Center,Sishui 273200,ChinaAbstract:In the actual design and construction of highway Bridges,a large number of testing operations need to be carried out to ensure the overall project quality and operation safety.Therefore,this paper uses big data for dynamic detection of highway bridge structure,establishes load test model,and uses energy release method to solve the model,so as to strengthen the rigid structure of highway bridge.And the historical data is used to repair the model to improve the accuracy of highway bridge load.The experimental results show that accidents can be reduced by 23%by using the big data detection technology.The highway bridge has excellent performance and meets the requirements of design and construction.Keywords:big data;highway bridge test detection;load test;energy release method20 世纪早期，E.Freyssinet 研发出预应力混凝土结构，并于 1937 年在德国德累斯顿市西南部的奥厄大桥上首次使用。本文根据对公路桥梁荷载比的分析，对混凝土和钢筋加固的多种无损检测方法进行检测，对传统公路桥梁加固方法进行思考，并对大数据分析背景下公路桥梁“释能法”加固实施有效性分析，从而得到利用“释能法”加固公路和桥梁的 方法。1大数据下的公路桥梁检测系统1.1影响公路桥梁应力损失的因素受施工水平、材料性能、环境等多种因素的影响，钢绞线应力与理论张拉控制应力存在一定的差距。如果应力出现损失，会对结构的整体受力和竖向受力产生较大影响，对其正常的使用功能也会产生一定的影响，直接影响其安全系数。因此，预应力损失的影响分析尤为关键。曲线影响引起的摩擦：预应力曲线段预张力股的预能损失分析，如图 1 所示。d/2d/2NR1N-dN1F图1影响摩擦力的曲线示意图在曲线段，预应力筋 dl 为分岔体，其弯曲角为 d，其曲线半径为 R，则 dl=Rd。预应力和孔壁二者之间产生一定的摩擦系数，设为 u，摩擦力为：dN1=uF （1）根据力平衡条件，略去高阶迹，得到：（2）结合上述公式，得出：dN1=Nd （3）1.2大数据下公路桥梁检测系统的工作原理公路桥梁的设计、施工和使用寿命对道路建设有巨大影响，要保证承载力、刚度、动力都满足要求，同时要求具有较强的抗震性和抗风性。为保证行车安全，有必要建立桥梁结构健康监测系统，研究桥梁结构传感器的优化配置方法，用于桥梁维护和损伤预警。其工作原理是利用大数据系统对公路桥梁结构进行安全失效检测，系统通过安装各种传感器检测桥梁结构在各种环境下的荷载及效应，并通过数据采集与传输子系统进行数据采集。数据经过转换和传输并存储在计算机中，在数据控制中要求其子系统能够控制数据采集、传输、处理等，然后对数据进行校准处理和相应测试，并进行状态评估。在数据管理和数据子系统的评估中，主要有监测数据管理、结构状态预警、可靠性评估、疲劳评估、结构状态综合评估等功能。2公路桥梁荷载试验2.1公路桥梁荷载试验的目的本实验的主要目的是测量公路桥梁在试验荷载作用下的实际响应。对公路桥梁关键部位进行变形和应力数据测试，2024 年第 1 期49中国高新科技TECHNOLOGY APPLICATION|技术应用并与桥梁规范理论数据进行对比分析，评估公路梁桥的实际性能和价值。2.2公路桥梁荷载理论计算根据桥梁设计荷载，按等效荷载进行加载。对试验荷载进行计算，根据实际选择合适的车辆进行实验。为保证荷载的合理布置，激发桥梁结构的响应，需要在实验之前进行一定量的计算，具体数据见表 1。表1重型汽车技术参数及载重表类型轴和后轴距（t）中心轴距（t）轮总基本重量（t）重型汽车358550根据静载试验效率和各控制截面的弯矩设计值，本次试验共采用 12 辆 35t（车重+荷载）三轴（双后桥）车辆。2.3公路桥梁荷载加载方法及试验规程荷载试验采用的方式为逐级加载，可以获取较为完整的相应曲线，同时有效防止结构发生意外危害。每个工况分三级加载，每个工况重复一次重量加载试验。注意卸载时车速不能超过 5km/h。在正式加载试验前，采用载重车进行每跨跨中对称预压试验。在正式加载之前，可以完全消除对桥梁结构的预加载响应。正式的加载顺序严格基于设计顺序。每一级装载必须在上一级装载完成后进行。静载试验需要在环境温度和结构温度变化不大的时段内进行，一般在凌晨。在静载试验中，每一级荷载都需要等待上一级荷载的作用，结构响应趋于稳定后，才能继续加载。在加载过程中，当出现截面受力、控制点变形、桥梁施工异常破坏等情况时，应停止加载。2.4公路桥梁荷载检测数据结合倒拉法现场试验数据，采用公式计算的方法，并与实际数据和理论值进行比较，进一步深入研究，总结相关规律，为同类型锚杆应力检测提供参考。对于有效预应力的设计来说，张拉力的控制需要结合理论公式，其损失程度根据桥梁的截面长度不同也会发生一定的变化，这两者之间具有本质区别。理论公式计算值、标准值与实测值对比分析见表 2。表2理论公式计算值、标准值与实测值对比分析表桥梁类型 渠桥道设计有效预应力 规格值（kN）有效预应力 公式计算结论狭口桥N112552.5合格N212551.6合格N312551.7合格N412551.0合格利用理论公式对计算值与标准值进行对比分析，计算值与标准值存在一定差异，但差异较小，最大差异为 25%，出现在 40mT 梁中，其余差异均在 1%以内。由此证明，两者具有较高的吻合度，可作为有效预应力参考值，如图 2 所示。图2有效预应力对比直方图（单位：kN）3公路桥梁试验检测能量释放方法3.1公路桥梁能量释放法的主要内容“释能法”加固指的是对完整拱圈实施体系转换与内力调整的一种方法，一般情况下认为此方法对两侧拱座或桥墩的作用不太大。与之相反的是，拱桁架部分在桁架拱桥中实际承担了拱的作用。“释能法”加固桁架拱比一般的“释能法”加固无铰拱桥更应注重体系转换和内力分析。通过分析绝大部分桁架拱桥已有的危害，可以看出桁架拱桥的节点是结构体系的危险部分，也是病害高发区。对桁架拱桥实施复合加固的过程中，需要考虑较多原因，设计和施工要求都很高。在桥跨结构仿真分析中发现，其脚跨段、第二跨段、第三跨段的每个构件受到的力不一样，施工加载顺序也不一样。因此，需要分析并得出最理想的施工加载程序，目的是让每个构件受到的力更加均衡，以便达到比较好的加固效果。3.2公路桥梁承载能力的能量释放法公路桥梁所运用的“释能法”与桁架组合拱桥的“释能法”基本相同，首先需要同时考虑传统的增段法和大截面法对下弦进行加强，其次在新拱脚处针对新截面实施特定的操作。完成整桥结构体系转换和内力重分布后，原桥从无铰链拱门转换为“能量释放拱门”。桁式拱桥静力性能的一般研究思路如下：利用计算模型计算桥梁各部分的结构重量效应；采用新建截面作为加强荷载，对原计算模型进行修正，计算新建截面对原桥的影响；考虑有限元软件模拟时，同时考虑新旧截面的活载共同承担；叠加上述三者的荷载效应，对原桥各截面进行考虑“能量释放法”之前的结构分析。3.3桥梁承载能力的阈值搜索在灰度波动曲线上，以单个像素的灰度为波峰和波谷的分界线，通过搜索其位置，动态划分其波峰和波谷，可以有效地分离目标和背景。假设 S 分量的灰度曲线函数为 G（K），（下转第72页）2024 年第 1 期72中国高新科技技术应用|TECHNOLOGY APPLICATION片角度调节。变频改造后，风机实现由变频器经变频调节风机转速（调节范围 0 100%），可按需调节风量。同时，在吸风量一定的情况下，煤矿主通风机变频运行较之工频运行，系统功率因数显著提高，无需额外功率因数补偿及谐波抑制，减少能源浪费。3.2.2防启动冲击效果根据表 1，变频启动改造前，煤矿主通风机直接启动易对电网造成冲击。变频改造后，风机实现变频软启动，启动期间电流波动较小，未对电网造成冲击。3.2.3节能效果表 1 显示，变频改造前，煤矿主通风机处于长时间满负荷工作状态，运行能耗较大。变频改造后，风机满负荷工作时间显著缩短，节能率高达 29%。在变频改造后，煤矿主通风机处于低速运行状态，风机运行强度、电气冲击显著下降，电气冲击、设备磨损风险显著下降，密封、轴承检修周期工作量显著减少，延长了风机工作寿命。4结语综上所述，高压变频节能改造技术在煤矿主通风机中的应用，可以实现按需调节风量，减少能源浪费，降低风机启动期间对电网造成的冲击，同时延长风机寿命。因此，煤矿机械节能改造人员应根据主通风机运行现状，明确高压变频节能改造技术应用要求，从风量调节、启动控制、自动节能等方面，策划并实施高压变频节能改造方案，降低煤矿主通风机运行能耗，为煤矿生产效益的提升提供依据。作者简介：位晓林（1990-），男，山东烟台人，山东能源集团枣庄矿业（集团）有限责任公司田陈煤矿工程师，研究方向：机电设备管理与维护。参考文献1 王鹏飞基于矿井主通风机上变频调速节能技术要点分析 J当代化工研究，2022（5）：90-922 张健三拖二模式变频驱动系统在煤矿主通风机中的探索和研究 J煤，2022（9）：68-70（责任编辑：张志明）表1高压变频节能改造技术在煤矿主通风机中的应用效果运行时间启动模式风量调节模式电流（A）电压（V）风量（m3/min）耗电量（kWh）负压（Pa）16月712月16月712月改造前直接启动电抗器降压启动调节风门调节叶片角度22/2068694550490023.310428.41041875.11927.7改造后变频软启动电机转速调节16.8/13.5693400347019.910420.4104830.1872.5K=0，1，2，255，K 为灰度值，G（K）为灰度值 K 对应的像素数。具体数据如图 3 所示。图3灰度波动曲线根据图 3 波峰曲线可以看出：波峰和波谷之间的分割线就是灰度波动阈值，显示有多个峰值。同时，通过相关数据分析，一般情况下大波峰中会出现多个小波峰。4结语基于大数据的公路桥梁试验检测技术与应用方法还有许多值得深入研究的内容，因此，本文从理论和仿真层面与传统模型公路桥梁荷载分析的实际应用效果进行比较。随着现代科技的发展和计算机大数据的深入应用，公路桥梁检测设备的精度得以提高，检测技术也随之提高，公路桥梁检测越来越精准，安全事故发生率大大降低。作者简介：杜宝鲁（1975-），男，山东泗水人，泗水县交通运输管理服务中心高级工程师，研究方向：公路与桥隧工程规划设计和建设。参考文献1 张毅，李璐，刘攀沌口长江公路大桥试验段铺装结构的路用性能 J筑路机械与施工机械化，2019，36（7）：41-45，512 马熙伦，陈宝春，黄卿维，等30m 预应力超高性能混凝土小箱梁优化设计 J福州大学学报（自然科学版），2019，47（3）：398-4043 李兆鹏，毛明杰，杨秋宁配筋率对钢筋混凝土桥面板冲切承载力的影响 J工业建筑，2020，50（5）：44-51，1764 肖平，吴志勇以摄像机为传感器的模板匹配视频分析方法的发展及其在公路桥梁结构健康监测中的应用 J土木结构健康监测，2020，10（3）：405-4245 杨耀生，陈嘉伟，张舜基于模糊层次分析法的既有公路桥梁抗震性能评估 J建筑结构，2021，51（S2）：581-5856 马青基于材料性能退化的钢筋混凝土梁桥承载能力评估 D成都：西南科技大学，2022（责任编辑：葛佳）（上接第49页）