虎门大桥“呼吸”不止 鲁尔物联提出了这样的解决方案

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虎门大桥的“虎躯一震”已接连几天冲上热搜。经过专家解读、媒体宣导,公众已对此次事件的“罪魁祸首”——桥梁涡振现象有所了解。虎门大桥悬索桥本次振动主因为沿桥跨边护栏连续设置水马,改变了钢箱梁的气动外形,在特定风环境条件下,产生桥梁涡振现象,撤掉水马之后,涡振应停止。事实上,事发当天下午,水马撤掉后,涡振于18时暂停,然而,当晚20时,虎门大桥再次发生涡振。据新京报报道,5月7日晚间,虎门大桥新闻发言人表示,大桥仍在以肉眼可见的幅度轻微振动,截止5月8日新京报发稿时,涡振仍在继续,大桥仍处于封闭状态。多位参与事件调查的专家称,虎门大桥此次涡振振幅在安全范围内,不会影响悬索桥后续使用的结构安全。也有现场处置专家表示,虎门大桥桥梁重量在15000吨以上,一旦振动发生,“需要足够的时间平息下来”。但据新京报报道,专家们未能对大桥持续振动原因达成共识,多位专家建议虎门大桥方面升级完善已建的桥梁健康监测系统。01候补队员之一——结构工作模态分析技术虎门大桥是广东沿海地区重要的交通枢纽,被誉为“世界钢构第一桥”,大桥主桥为跨径888米的钢箱梁悬索桥。作为重要的交通枢纽,虎门大桥有一套监测系统。据相关论文显示,虎门大桥在设计之初就加入了GPS位移、应变实时、长期形变、超限超载等监测系统,拥有这些设备的“监测家族”各司其职,实时获取桥梁在各种情况下的受力、工作状态,以及抗风和抗震等结构参数,实现对桥梁的安全监测。那么,根据专家的建议,虎门大桥的“监测家族”还可以加入哪些新成员?鲁尔物联桥梁研究员康春光及AI算法工程师易江晟认为,工作模态分析技术、风场监测及分析技术是候选梯队里的明星选手。工作模态分析(OMA)是桥梁、建筑等结构健康监测(SHM)的重要方向之一,可实现对服役期结构物的动力特性参数(如固有频率、阻尼比、模态振型)的识别。其中基于贝叶斯的工作模态分析是最新一代分析方法,其遵循结构物的物理机理,且可表达动力特性参数的不确定性,有很强的数据挖掘能力。目前在国内不少特大型桥梁、超高建筑、高耸结构中得以应用。针对桥梁涡激振动中的监测与分析,工作模态分析有“杀手锏”。“通过对所监测的桥梁加速度数据进行实时工作模态分析,通过观测振幅与频率范围,结合涡激振动的特征,可初步判定桥梁是否发生了涡激振动。”鲁尔物联桥梁研究员康春光说。对桥梁涡激振动发生时采集的加速度数据进行模态分析,可以识别出桥梁涡激振动时所激发的模态振型。同时,对结构风致振动发生时的监测的风场特性(包括平均风速风向、风攻角、湍流强度等)进行分析,可形成桥梁涡激振动预测资料库。02鲁尔物联全自动工作模态技术,实时掌握桥梁结构动力特性为了能够对桥梁进行全自动化、实时的工作模态分析,鲁尔物联在随机子空间法的基础上,引入一种新颖的聚类技术,实现了模态分析的全自动化。基于鲁尔物联的OMA模块可高效实时地跟踪桥梁、超高层、大跨空间等结构的动力特性参数变化,为结构体的健康状况评估提供重要依据。鲁尔物联能够综合运用多种模态分析算法计算桥梁的动力参数(频率、阻尼比和模态振型),并且结合人工智能算法,可以预测出阻尼比在不同荷载工况下的数值,从而判断阻尼比是否满足结构在风致振动时的能量耗散需求。目前,由鲁尔物联自主研发的工作模态分析技术(如改进的贝叶斯工作模态分析、改进的随机子空间法等)已在某桥进行应用,通过对该桥安装的加速度数据的模态分析,成功识别该桥的固有频率、模态振型等模态参数。部分结果陈述如下:图一 某桥及其加速度传感器布点图 表一 某桥固有频率识别结果图二 某桥模态振型识别结果