大跨斜拉橋結(jié)構(gòu)損傷預警理論、方法與應用.pdf

1、大跨橋梁結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測與安全評估是目前國內(nèi)外學術界與工程界的熱點研究領域。如何根據(jù)采集的數(shù)據(jù)和信號反演出橋梁結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)和健康狀況，識別出可能的結(jié)構(gòu)損傷部位及其損傷程度，并在此基礎上對橋梁結(jié)構(gòu)進行狀態(tài)評估是大跨橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與安全評估系統(tǒng)研究的最主要問題。本文以潤揚長江大橋北汊斜拉橋為研究對象，圍繞大跨斜拉橋結(jié)構(gòu)損傷預警這個主題，從結(jié)構(gòu)損傷預警方法、大跨斜拉橋安全評估的有限元模擬和大跨斜拉橋結(jié)構(gòu)損傷預警方法三個方面，系統(tǒng)地開展基于小

2、波包分析的大跨斜拉橋結(jié)構(gòu)損傷預警的理論、方法與應用研究，并將研究成果應用于潤揚長江大橋結(jié)構(gòu)損傷預警系統(tǒng)。本文的主要工作和成果如下： 1、系統(tǒng)地建立了基于小波包能量譜的結(jié)構(gòu)損傷預警理論體系與實現(xiàn)方法。主要內(nèi)容是：①將多尺度系統(tǒng)理論與結(jié)構(gòu)動力學理論相結(jié)合，建立了基于小波變換的結(jié)構(gòu)多尺度損傷分析理論的基本框架。②深入地研究了基于小波包能量譜的結(jié)構(gòu)多尺度損傷分析與損傷預警方法。在結(jié)構(gòu)多尺度損傷分析理論的基礎上，系統(tǒng)地建立了基于振動測試的

3、結(jié)構(gòu)損傷預警的小波包能量譜以及損傷預警指標的計算方法。③開展了Benchmark結(jié)構(gòu)損傷預警的試驗研究。試驗結(jié)果表明，基于小波包能量譜的結(jié)構(gòu)損傷預警方法具有良好的損傷預警能力，可以準確地判定結(jié)構(gòu)初期損傷的發(fā)生。 2、系統(tǒng)地建立了面向結(jié)構(gòu)安全評估的大跨斜拉橋有限元模擬方法。主要內(nèi)容是：①系統(tǒng)地提出了以結(jié)構(gòu)安全評估為目標的大跨斜拉橋結(jié)構(gòu)的有限元模擬策略與方案。②在有限元模型誤差來源分析的基礎上，系統(tǒng)地提出了大跨斜拉橋索塔和扁平鋼箱梁

4、有限元模型誤差的分階段修正方法，并應用于潤揚大橋斜拉橋的基準有限元模型。分析結(jié)果表明，潤揚大橋斜拉橋有限元模型的計算結(jié)果與實橋測試結(jié)果吻合良好，從而為潤揚大橋斜拉橋的損傷診斷與狀態(tài)評估以及各類復雜動力響應分析等提供可靠的結(jié)構(gòu)描述與分析依據(jù)。 3、系統(tǒng)地研究了基于小波包能量譜的大跨斜拉橋結(jié)構(gòu)損傷預警方法，并成功地應用于潤揚長江大橋結(jié)構(gòu)損傷預警系統(tǒng)。主要內(nèi)容是：①將環(huán)境荷載激勵技術與小波包分析技術相結(jié)合，建立了環(huán)境激勵下基于小波包能

5、量譜的結(jié)構(gòu)損傷預警方法，并且進行了Benchmark結(jié)構(gòu)損傷試驗驗證。②深入地研究了環(huán)境激勵下基于小波包能量譜的大跨斜拉橋結(jié)構(gòu)損傷預警方法，通過數(shù)值算例分析和實測數(shù)據(jù)分析對小波包能量譜的損傷預警能力進行了詳細的分析與評價。分析結(jié)果表明，基于小波包能量譜的結(jié)構(gòu)損傷預警方法適合于環(huán)境振動測試下的大跨斜拉橋結(jié)構(gòu)的實時損傷預警。③系統(tǒng)地研究了大跨斜拉橋結(jié)構(gòu)損傷預警系統(tǒng)的功能、體系結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫和應用軟件的設計方法，并編制了潤揚長江大橋結(jié)構(gòu)損傷預警