大型橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與評估技術(shù)的研究與應(yīng)用.pdf

1、橋梁結(jié)構(gòu)是一個(gè)國家的重要基礎(chǔ)設(shè)施,它在國民經(jīng)濟(jì)中起著重要的作用。隨著其建設(shè)向大型化、輕型化及功能復(fù)雜化發(fā)展,大型橋梁結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性與正常使用功能越來越受到重視。隨著傳感技術(shù)、通訊技術(shù)及信號(hào)處理技術(shù)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展,在大型橋梁工程領(lǐng)域中對橋梁健康監(jiān)測、結(jié)構(gòu)損傷與健康評估的研究成為當(dāng)前橋梁工程界研究的熱點(diǎn)。但目前的研究處于理論研究和試驗(yàn)研究階段,尤其是其中的數(shù)據(jù)分析部分,尚沒有成熟的可以完全適用的方法。本文以國內(nèi)外橋梁監(jiān)測及評估理論和

2、技術(shù)為基礎(chǔ),以“蕪湖長江大橋長期監(jiān)測、安全評估和報(bào)警系統(tǒng)的研究”課題為背景,立足于工程實(shí)際,對橋梁健康監(jiān)測與狀態(tài)評估中的一系列技術(shù)問題進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究,主要工作包括： (1)系統(tǒng)總結(jié)了近年來在結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別及健康監(jiān)測領(lǐng)域的研究成果和現(xiàn)狀,對各種研究方法和研究思路進(jìn)行了對比分析,為本文的研究打下基礎(chǔ)。 (2)在詳細(xì)綜述橋梁結(jié)構(gòu)健康檢測系統(tǒng)發(fā)展歷史、現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,對大型橋梁結(jié)構(gòu)健康臨測系統(tǒng)進(jìn)行了整體構(gòu)思與設(shè)計(jì),提出了大型橋

3、梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的架構(gòu),研究了監(jiān)測目標(biāo)及監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,確定了大型橋梁結(jié)構(gòu)綜合健康監(jiān)測的監(jiān)測項(xiàng)目及采用的測試手段和方法。在現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)、技術(shù)水平下,采用了適當(dāng)方法來建立橋梁的健康監(jiān)測系統(tǒng),為大型橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的研究開發(fā)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。 (3)綜述研究了模型修正的理論現(xiàn)狀,在此基礎(chǔ)上研究了用遺傳算法求解約束最優(yōu)化問題。研究了運(yùn)用遺傳算法理論進(jìn)行模型修正的原理和特點(diǎn),提出了模型修正的目標(biāo)函數(shù)、遺傳算法計(jì)算流程以及進(jìn)行遺傳編碼等具體

4、實(shí)現(xiàn)的一些具體問題。運(yùn)用ANSYS結(jié)構(gòu)分析軟件建立了蕪湖長江大橋(連續(xù)鋼桁梁部分)有限元分析模型,并對模型進(jìn)行了修正,便于對實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康監(jiān)測和損傷診斷進(jìn)行深入研究。 (4)利用修正后的有限元模型研究了大橋結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷以及其它參數(shù)發(fā)生變化時(shí)模態(tài)頻率和振型變化的情況,包括各種損傷情況下頻率與無損傷情況頻率的對比及變化規(guī)律,各種損傷情況下模態(tài)振型與無損傷情況模態(tài)振型的變化對比,隨環(huán)境溫度變化情況結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率的變化情況,以及車

5、輛荷載對結(jié)構(gòu)自振頻率的影響情況。 (5)將可拓理論與層次分析理論相結(jié)合,首次提出了運(yùn)用可拓理論對橋梁結(jié)構(gòu)健康狀況進(jìn)行評價(jià)的綜合評估方法,提出了評估的原則和思路。方法中利用物元模型進(jìn)行橋梁健康狀況評估,既利用物元的可拓性定性的方法,又利用可拓集合論,通過關(guān)聯(lián)函數(shù)進(jìn)行定量計(jì)算。同時(shí),對大型橋梁結(jié)構(gòu)健康狀況綜合評估這樣一個(gè)復(fù)雜問題,考慮諸多方面的影響因素,兼顧各指標(biāo)在橋梁健康狀況綜合評估中不同的地位,運(yùn)用層次分析方法和可拓理論中的簡單