基于车辆-桥梁协同监测的受损重载铁路桥梁概率状态评估框架

《Scientific Reports》：A probabilistic state assessment framework for damaged heavy-haul railway bridges using vehicle–bridge collaborative monitoring

　　

摘要

在役的重载铁路桥梁往往处于受损状态，需要持续的健康监测以确保运营安全并便于实施智能维护。然而，基于地面监测的传统评估方法由于传感器部署稀疏，无法全面掌握桥梁的整体状况及其变化趋势，同时还忽视了那些会导致响应差异较大的随机轨道不平顺因素，从而降低了评估的可靠性。为解决这些问题，本文提出了一种基于车辆与桥梁协同监测的、以概率分布为驱动的桥梁状态评估框架。通过概率密度演化方法，分析了在随机轨道不平顺及不同桥梁损伤条件下，转向架、轮对以及关键跨度部位的振动响应的极值分布，揭示了桥梁损伤引起的状态变化与相应分布偏移之间的关联。基于这一关联，在无损伤条件下通过统计方法确定极端响应的基准阈值，进而划分出六种不同的桥梁健康等级。每种等级的概率是通过一种权重自适应的层次化概率评估模型来估算的，该模型将多源振动响应指标的极值分布所对应的概率进行整合，并根据各指标对损伤的敏感度分配相应的权重。最终，桥梁状态被判定为这六种等级中概率最高的那一级。针对不同损伤位置和严重程度的案例研究表明，所提出的框架能够有效区分损伤对桥梁状态的影响，并追踪损伤发展过程中的状态变化，为桥梁维护决策提供可靠且易于理解的评估结果。