截至2022年底,全国公路桥梁103.32万座,中小跨径桥梁占比84%,量大面广。因设计、施工、养护等过程中的不足,材料自然老化、超重车辆、偶然荷载的破坏作用等,使得桥梁安全面临严峻的挑战,导致旧危桥数量居高不下。
然而,中小桥梁的受重视程度和管养水平远不及大型桥梁。根据《公路桥涵养护规范》,中小桥梁以人工目视巡检为主,效率低、主观影响大;结构安全检测周期为5年至10年,成本高、间隔周期过长。如何破解常规人工巡检不充分不准确、结构安全定检间隔周期过长的难题,实现快速、经济、准确的结构状态感知与管养决策是中小型桥梁智慧化发展与交通强国建设的必然要求。
“公路桥梁服役性能动态感知创新理论与评估决策关键技术”项目(以下简称“项目”)面向“交通强国”国家重大战略需求,以量大面广的中小跨径公路桥梁安全运维保障为需求导向,发挥桥梁、力学、计算机、数学等多学科交叉研究优势,围绕车-桥动力耦合机理不明晰、桥梁整体结构动态感知理论和实用技术缺乏、桥面状况评定技术精度和效率低、桥梁动态评估体系与智慧决策系统不完善四大问题,依托10余项国家和省部级科技项目,通过多家高校、科研、建设和养护管理单位人员的长期联合攻关,历经28年时间(1995 年至2023年)理论创新与技术研发,创建了针对中小跨径公路桥梁“耦合机理-动态感知-性能评估-智慧决策”整体技术,并取得了一系列桥梁动态感知创新理论与评估决策技术成果。
项目总体思路
建立系统的车-桥动⼒耦合理论
项目率先(1995年、1997年)建立了高效的车-桥耦合有限单元;首次(1995年)提出了考虑车-桥耦合效应的桥梁动力冲击系数公式;首次(2004年)完整解析了“车-桥”相互作用机理。
开创基于车-桥耦合的公路桥梁动态感知方法
项目首次(2004年)提出了基于车辆响应的桥梁模态参数动态感知理论与方法和基于移动车辆的桥梁损伤识别与承载力快速评定方法;研发了消除车辆自身振动干扰和复杂测试环境影响的成套技术体系。
研发基于移动车辆的桥面状况动态评定技术
项目提出了剔除桥梁变形的桥面平整度精准反演技术;建立了可同时考虑轮径和桥面等级影响的功率谱密度修正公式;研发了车载动力信号与图像信号融合的桥面技术状况评定系统。
创建了基于“车辆感知-常规巡检-性能评估-推演决策”公路桥梁技术状况动态融合评估体系
项目研发了多源融合智能终端的桥梁巡检装备系统;开发了集合动态感知的桥梁服役状态多源融合评估体系;构建了桥梁病害知识图谱、分析指引、维修决策三位一体的管养系统。
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-LEYU