基于熱力學和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的混凝土箱梁溫度時空分布研究.pdf

1、橋梁在服役期間承受復雜多因素荷載的耦合作用，包括運營荷載、環(huán)境因素、性能退化甚至自然災害。其中溫度荷載是環(huán)境因素中最為重要的一部分，鋼筋混凝土箱梁在太陽輻射、環(huán)境溫度和風等隨機因素共同作用下產(chǎn)生的瞬態(tài)不確定性溫度場，引起截面不均勻的溫度分布，引起溫度應力的集中和撓曲變形，甚至引起嚴重的溫致裂縫，造成橋梁承載能力嚴重退化，不符合工作服役期間的安全性、耐久性的要求。此外，基于振動的損傷識別方法中環(huán)境因素尤其是溫度對損傷識別的準確性有較大影響

2、，因此將結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)真正應用到橋梁狀態(tài)的評估及損傷識別前，必須首先剔除溫度等環(huán)境因素對損傷識別的影響，如何從多因素耦合的結(jié)構(gòu)響應中分離溫度效應等單因素效應成為研究的熱點與難點，研究溫度時空分布十分必要?；谟邢拊膫鹘y(tǒng)橋梁溫度場分析方法難以考慮太陽輻射、環(huán)境溫度和風等不確定性的隨機因素對瞬態(tài)溫度場的影響，往往與實際不符，研究基于監(jiān)測數(shù)據(jù)的全橋真實溫度荷載模型的建立將更有實際意義。
　　本論文的研究內(nèi)容分為下面幾個部分：
　　

3、首先，建立起確定性晴空太陽輻射，根據(jù)空間幾何關(guān)系，得到太陽高度角、方位角與太陽時角、太陽赤緯、所在地緯度之間的解析關(guān)系式，考慮橋梁不同表面方位角與傾角，得到一天之內(nèi)任意時刻太陽輻射入射角以及橋梁的太陽輻射熱流的邊界條件。研究箱梁懸挑翼緣對腹板的遮擋形成的陰影，得到了一天之內(nèi)箱梁表面陰影隨時間的演化。
　　然后，建立混凝土箱梁橋三維熱力學有限元模型，研究在環(huán)境溫度、太陽輻射和對流換熱等因素共同作用下溫度時空分布規(guī)律，考慮了時變陰影不

4、均勻受熱對箱梁溫度分布的影響。
　　最后,在確定性熱物理模型的基礎(chǔ)上，提出了一種基于卡爾曼濾波重構(gòu)混凝土箱梁全橋溫度時空分布的方法，該方法可考慮量測噪聲和不確定性邊界熱流的影響。利用少量溫度傳感器量測值，得到太陽輻射強度等不確定性參數(shù)的最優(yōu)估計和全橋其他任意位置的溫度分布。通過某橋數(shù)值算例驗證該方法的可行性和有效性,并且研究了不同信噪比和初始溫度值對濾波準確性和魯棒性的影響。該方法為基于監(jiān)測數(shù)據(jù)的全橋真實溫度荷載模型的建立提供了可