! 7 ,     江苏省市场监督管理局 发　布 中 国 标 准 出 版 社 出　版桥梁冲刷动力识别与快速筛查 技术规范 Technical specification for bridge scour dynamic identification and rapid screening 2024 -07-08 发布 2024 -08-08 实施CCS P 28 DB32/T 4820—2024ICS 93.04DB32/T 4820—2024 前言…………………………………………………………………………………………………………… Ⅲ 1 范围………………………………………………………………………………………………………… 1 2 规范性引用文件 …………………………………………………………………………………………… 1 3 术语和定义 ………………………………………………………………………………………………… 1 4 测试方案设计 ……………………………………………………………………………………………… 2 5 监测数据分析 ……………………………………………………………………………………………… 3 6 冲刷识别与预警评定 ……………………………………………………………………………………… 4 7 实施周期 …………………………………………………………………………………………………… 7 附录 A（资料性）模态变化趋势项指标的构建原理 ………………………………………………………… 8 附录 B（资料性）趋势项异变判定阈值的理论推导 ………………………………………………………… 9 附录 C（资料性）工程应用实例 …………………………………………………………………………… 10 参考文献 ……………………………………………………………………………………………………… 12目　　次 ⅠDB32/T 4820—2024 前 言 本文件按照 GB/T 1.1—2020《标准化工作导则　第 1部分：标准化文件的结构和起草规则 》的规定 起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。 本文件由江苏省交通运输厅提出并归口 。 本文件起草单位 ：东南大学 、中铁桥隧技术有限公司 、江苏高速公路工程养护技术有限公司 、江苏润 扬大桥发展有限责任公司 、江苏扬子江高速通道管理有限公司 、江苏苏通大桥有限责任公司 、华设设计集 团股份有限公司 、中铁大桥勘测设计院集团有限公司 。 本文件主要起草人 ：熊文、刘华、李捷、朱彦、陈雄飞、宋江春、孙海东、何超、刘玉静、章世祥、左永辉、 刘俊锋、付一小、刘龑。 ⅢDB32/T 4820—2024 桥梁冲刷动力识别与快速筛查 技术规范 1 范围 本文件规定了桥梁冲刷动力识别与快速筛查技术的测试方案设计 、监测数据分析 、冲刷识别与预警 评定、实施周期等内容 。 本文件适用于已安装及待安装健康监测系统的墩桩基础涉水桥梁 。 2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中，注日期的引用文 件，仅该日期对应的版本适用于本文件 ；不注日期的引用文件 ，其最新版本 （包括所有的修改单 ）适用于本 文件。 CECS 333：2012　结构健康监测系统设计标准 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件 。 3.1 冲刷 scour 床面泥沙在水流等外力作用下 ，失去平衡 ，被水流裹挟 、输运，离开原来所处河床的过程 。 3.2 冲刷动力识别 scour identification based on dynamic properties 利用冲刷削弱桩基础的有效约束 ，减小了结构刚度 ，造成动力特性的变化这一特性 ，通过对结构动力 特性的研究来推得冲刷深度 。 3.3 冲刷敏感模态 scour sensitive modes 随着冲刷深度发展而易产生较大变化的桥梁结构模态参数 。 3.4 冲刷预警 scour warning 基于所得结构动力特征数据 ，在既定的置信度水平及准则下 ，对识别出的冲刷所致结构动力特性变 化进行判断 。 3.5 分级预警 graded warning 根据监测值与其相应的结构安全控制阈值的比值 ，对桥梁结构实行监测预警管理的分级 。 3.6 核密度估计 kernel density estimation 一种用于估计概率密度函数的非参数方法 ，通过对数据点附近的核函数进行平滑处理来估计概率 1DB32/T 4820—2024 密度。 4 测试方案设计 4.1 一般规定 4.1.1 技术评定的数据宜来源于桥梁健康监测系统 。 4.1.2 桥梁冲刷动力识别与快速筛查技术的监测内容应包含结构振动响应监测和环境监测 。 4.1.3 结构振动响应监测内容应为风载 、地脉动、车辆激励 、水流力等环境激励下桥梁振动加速度响应 。 若为动位移 ，应进行数据分析并换算为加速度 。 4.1.4 环境监测应包含温度 、风速等桥梁服役环境关键参数监测等 。 4.2 测点布置原则 4.2.1 冲刷敏感模态宜按经验或计算确定 ，应选择桥梁低阶模态为冲刷敏感模态 ，缆索支承体系梁桥宜 按主塔低阶模态 、主梁低阶模态 、墩台低阶模态顺序选用 ，不宜采用缆索模态 ；其余桥梁宜选用主梁及墩 台低阶模态 。 4.2.2 振动测点应布置在桥梁冲刷敏感模态结构振动幅度较大处 ，主塔、墩台宜自上向下布置 ，主梁宜自 跨中向支点布置 ；可按需局部加密测点 。 4.2.3 测点布置方向应遵循与冲刷敏感模态振动方向一致的原则 ；各结构体系桥梁冲刷敏感模态监测振 动方向可按表 1确定。 表1　桥梁冲刷敏感模态各构件建议监测振动方向 桥型 缆索支承 桥梁 梁桥 拱桥 　　注： ●为常见振动方向 ，○为非常见振动方向 。测点布设监测振动方向 主梁竖向 主梁横向 主梁纵向 塔柱纵 /横向（条件允许 ，建议安装在塔柱顶部 ） 承台竖 /纵/横向 主梁竖向 主梁横向 主梁纵向 墩顶纵 /横向 承台竖 /纵/横向 主梁竖向 主梁横向 主梁纵向 墩顶纵 /横向 拱脚竖 /纵/横向说明 ● ● ○ ● ● ● ● ○ ● ● ● ● ○ ● ● 4.2.4 振动测点布置的其他要求可按 JT/T 1037 —2022中7.4.6的规定执行 。 2DB32/T 4820—2024 4.2.5 温度测点布置 其他要求可按 JT/T 1037 —2022中7.2的相关规定执行 ；风速测点布置可按 JT/T 1037 —2022中7.3.2的规定执行 。 4.3 数据采集方式与存储 4.3.1 振动、环境监测应实时连续采集 。 4.3.2 数据采集方式的其他要求可按 JT/T 1037 —2022中8.6的相关规定执行 。 4.3.3 数据存储应符合 CECS 333：2012中第 5章、第6章的相关规定 。 5 监测数据分析 5.1 一般规定 对采集所得的结构振动响应数据 ，在进行冲刷识别与预警分析前 ，应进行清洗 、去噪并分离干扰项 ， 并应在保证数据真实准确的基础上提升数据精度 。 5.2 数据清洗 5.2.1 数据清洗应对数据采集中常见趋势项 、缺失值、跃迁值、离群值进行处理 ，增加桥梁冲刷动力识别 精度。 5.2.2 滤波与去趋势处理 ：可利用低通滤波器和信号去趋势函数 ，去除信号时程曲线中高阶频率信号 ，获 得结构真实模态频率信号 。 5.2.3 缺失值标记与填补 ：数据填补应遵循 “小补大除 ，延拓填补 ”的原则；当缺失信号长度小于长度容忍 临界值，可采用延拓填补法填充缺失部分 ；当缺失信号长度大于长度容忍临界值 ，则可舍弃缺失部分 。 5.2.4 跃迁值处理 ：可采用数据平移方式处理 ，连续两个数据差值绝对值大于阈值时 ，对数据段每个数据 都应减去均值差 。 5.2.5 离群值剔除与填补 ：可依据 3σ法则、换算中位数绝对偏差 （MAD） 、伪功率谱分析等规则识别离群 值，并使用线性插值或样条插值等方法替代离群值 。 5.3 干扰分离 5.3.1 桥梁冲刷监测数据应重点剔除温度变化对模态识别的干扰 。 5.3.2 针对温度因素干扰 ，可采用经验模态分解法 （EMD）与子模态重构法 ，去除子模态中温度对应频率 范围，消除其对结构动力特性的影响 。 5.4 模态识别 5.4.1 模态参数识别应通过结构振动监测数据 ，获取结构自振频率 、振型、阻尼比等 。当有特殊要求时 ， 应获取模态刚度 、模态质量 。 5.4.2 当环境噪声较小 ，干扰易分离 ，可采用频域分解法识别模态参数 ；当环境噪声较大 ，干扰不易分离 ， 可采用随机减量与复模态指示函数算法相结合识别模态参数 。 5.4.3 实地应用时宜采用 Cov⁃SSI 时⁃频分析、HHT变换、短时傅里叶变换等方法识别结构频率参数 ，获 取时间 ⁃频率（时⁃频）序列数据 ，用于冲刷识别与预 警评定。 3DB32/T 4820—2024 6 冲刷识别与预警 评定 6.1 一般规定 6.1.1 宜利用理论分析 、数值仿真等方法确定监测桥梁各阶振动模态及其与冲刷发展的关联度 ，从而确 定冲刷敏感模态进行冲刷动力识别与预警评定 。 6.1.2 应基于概率检测思想 ，表征与辨识时 ⁃频序列特征变化 ；依靠桥梁健康监测数据连续传感体系与信 息挖掘技术 ，确定时 ⁃频序列特征变化与冲刷发展间关联 。 6.2 模态异变指标与冲刷识别 6.2.1 待分析时 ⁃频序列数据应进行假设检验判断是否满足正态分布 ，宜采用 χ2拟合优度 、L