大跨度懸索橋的溫度影響分析.pdf

1、隨著橋梁分析理論、施工技術(shù)、材料性能的迅速發(fā)展，橋梁跨度越來越大，結(jié)構(gòu)越來越柔，不僅要求精確嚴(yán)密的計(jì)算與施工技術(shù)，而且對橋梁建成后的安全運(yùn)營提出了更高的要求。對這些大跨度結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康監(jiān)測與安全評估具有重要意義。橋梁健康監(jiān)測是在一段較長的時(shí)間內(nèi)通過傳感器對結(jié)構(gòu)的響應(yīng)進(jìn)行采集，從響應(yīng)信號(hào)中提取出對結(jié)構(gòu)損傷比較敏感的特征，進(jìn)而區(qū)別無損或異常的結(jié)構(gòu)，達(dá)到健康監(jiān)測的目的。基于結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法，采用模擬的信號(hào)可取得比較好的識(shí)別結(jié)果，

2、但應(yīng)用到實(shí)際結(jié)構(gòu)和實(shí)測信號(hào)當(dāng)中，往往得不到較好的效果。其主要原因之一是，環(huán)境因素對結(jié)構(gòu)損傷特征參數(shù)的影響有時(shí)會(huì)淹沒掉因結(jié)構(gòu)真實(shí)損傷造成的損傷特征參數(shù)的改變。因此，對橋梁進(jìn)行健康監(jiān)測不應(yīng)忽略環(huán)境因素的影響，結(jié)構(gòu)實(shí)際工作環(huán)境因素對損傷特征的影響，已成為結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。
　　本文以貴州壩陵河大橋健康監(jiān)測實(shí)測數(shù)據(jù)為工程背景，采用理論、分析和實(shí)測的方法，分析環(huán)境溫度變化對大跨度懸索橋結(jié)構(gòu)長期性能的影響，重點(diǎn)研究環(huán)境溫度對動(dòng)

3、應(yīng)變實(shí)測數(shù)據(jù)的影響。論文的主要研究工作和結(jié)論包括:
　　1.根據(jù)壩陵河懸索橋長期監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了環(huán)境溫度對主梁撓度、塔的傾角、伸縮縫位移和主纜、吊索索力的影響，得到了懸索橋主塔和主跨跨中截面結(jié)構(gòu)的溫度變化情況。結(jié)果表明，反映橋梁結(jié)構(gòu)物幾何線形變化的數(shù)據(jù)（撓度、傾角和伸縮縫位移）以及吊索索力與溫度都有較明顯的相關(guān)性。
　　2.分別采用溫度應(yīng)變片和工作應(yīng)變片，對壩陵河大橋跨中主桁桿件應(yīng)變響應(yīng)進(jìn)行了長期測試。結(jié)果顯示應(yīng)變時(shí)程中的溫

4、度效應(yīng)成分表現(xiàn)為趨勢形式，其形成時(shí)間較長;車輛荷載引起的應(yīng)變時(shí)程曲線表現(xiàn)為脈沖形式，歷時(shí)很短。在此基礎(chǔ)上，提出了采用信號(hào)分解的方法對應(yīng)變時(shí)程中的溫度效應(yīng)成分和活載效應(yīng)成分進(jìn)行分離:首先根據(jù)工作應(yīng)變片和溫度應(yīng)變片信號(hào)的功率分布情況確定了信號(hào)分離的截止頻率。然后，采用解析模式分解法，根據(jù)截止頻率將工作片原始應(yīng)變時(shí)程分離為慢變成分和快變成分兩部分。結(jié)果表明，由溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)變時(shí)程波動(dòng)（慢變成分）得到有效分離，該方法不僅能去除溫度變化引起的應(yīng)

5、變片自身的應(yīng)變，同時(shí)溫度應(yīng)力引起的應(yīng)變亦得到有效剔除。通過雨流計(jì)數(shù)法對提取出的快變成分進(jìn)行檢驗(yàn)分析，快變成分較好地保留了橋梁動(dòng)荷載產(chǎn)生的應(yīng)變信息。
　　3.通過分解出的快變成分得到測試期間各測點(diǎn)的最大應(yīng)力幅值，對比可知1月份和4月份測試期內(nèi)通過壩陵河大橋的車輛最大載重情況差別不大。分解出的慢變成分中剔除變溫度引起的應(yīng)變片自身的應(yīng)變，余下的應(yīng)變成分反映了各測點(diǎn)結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力的變化情況。4月測試期日溫差較大，導(dǎo)致測點(diǎn)溫度應(yīng)力較1月份有大

6、幅增長，且各測點(diǎn)日溫差產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力要大于車輛活載產(chǎn)生的最大應(yīng)力幅。
　　4.定義了動(dòng)應(yīng)變相關(guān)函數(shù)，證明了結(jié)構(gòu)在白噪聲激勵(lì)下，應(yīng)變時(shí)程的相關(guān)函數(shù)幅值向量僅與結(jié)構(gòu)的固有頻率、模態(tài)振型和阻尼比有關(guān)，規(guī)范化后的相關(guān)函數(shù)幅值向量具有較固定的比例形態(tài)。采用壩陵河大橋監(jiān)測實(shí)測數(shù)據(jù)，研究了溫度對動(dòng)應(yīng)變相關(guān)函數(shù)的影響，證明了以上結(jié)論。
　　5.提出了基于主成分分析的環(huán)境溫度影響剔除方法，即對測點(diǎn)原始應(yīng)變時(shí)程進(jìn)行主成分分析，找出主要反映溫

7、度信息的特征子空間，將原始應(yīng)變時(shí)程投影至溫度特征子空間后再重構(gòu)時(shí)程數(shù)據(jù)，得到原始應(yīng)變時(shí)程的溫度效應(yīng)成分，由此來消除溫度對應(yīng)變信號(hào)的影響。壩陵河大橋動(dòng)應(yīng)變監(jiān)測數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，第一主成分反映了動(dòng)應(yīng)變時(shí)程絕大部分的波動(dòng)信息。通過第一主成分特征向量對實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)，得到了應(yīng)變時(shí)程中的溫度效應(yīng)成分。
　　6.基于實(shí)測應(yīng)變數(shù)據(jù)的相關(guān)函數(shù)幅值向量在各時(shí)段的比例形態(tài)均存在差異，對壩陵河大橋動(dòng)應(yīng)變監(jiān)測數(shù)據(jù)剔除溫度效應(yīng)成分后，所得到的相關(guān)函數(shù)幅值