基于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的大跨橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)預(yù)警與評(píng)估方法及其應(yīng)用.pdf

1、大跨橋梁結(jié)構(gòu)基于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的狀態(tài)預(yù)警與評(píng)估是目前國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工程界的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。如何有效地處理、分析和解讀橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集的長(zhǎng)期海量數(shù)據(jù),在此基礎(chǔ)上建立橋梁結(jié)構(gòu)的損傷狀態(tài)預(yù)警方法、研究橋梁結(jié)構(gòu)的損傷累積及演化規(guī)律、開(kāi)展橋梁結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)評(píng)估是橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)所而臨的最主要的科學(xué)問(wèn)題,這已成為本領(lǐng)域的共識(shí)。本文以潤(rùn)揚(yáng)大橋懸索橋和斜拉橋?yàn)檠芯繉?duì)象,圍繞大跨橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)預(yù)警與評(píng)估這個(gè)研究主題,從橋梁結(jié)構(gòu)整體狀態(tài)監(jiān)測(cè)與損傷預(yù)警、

2、結(jié)構(gòu)關(guān)鍵細(xì)節(jié)損傷監(jiān)測(cè)與壽命評(píng)估兩個(gè)方面,系統(tǒng)地開(kāi)展基于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的大跨橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)預(yù)警與評(píng)估的方法與應(yīng)用研究。本文的主要工作和成果如下:
　　 1、系統(tǒng)地建立了基于模態(tài)頻率與環(huán)境條件相關(guān)性的大跨橋梁整體狀態(tài)監(jiān)測(cè)與預(yù)警方法。主要內(nèi)容有:①逐步定量地分析了溫度、車輛荷載和風(fēng)對(duì)潤(rùn)揚(yáng)大橋懸索橋模態(tài)頻率的影響規(guī)律;②采用提前停止技術(shù)和貝葉斯正則化技術(shù)對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改進(jìn),在此基礎(chǔ)上提出了環(huán)境條件與模態(tài)頻率的多元相關(guān)建模方法;③應(yīng)用改進(jìn)

3、BP網(wǎng)絡(luò)模型消除了環(huán)境條件對(duì)模態(tài)頻率的影響,然后采用假設(shè)檢驗(yàn)的方法建立了橋梁結(jié)構(gòu)整體狀態(tài)預(yù)警方法。分析結(jié)果表明,基于改進(jìn)BP網(wǎng)絡(luò)和假設(shè)檢驗(yàn)的預(yù)警方法能識(shí)別出潤(rùn)揚(yáng)大橋懸索橋模態(tài)頻率微小的異常變化,能準(zhǔn)確判斷結(jié)構(gòu)早期損傷的發(fā)生。
　　 2、系統(tǒng)地建立了基于整體縱向位移與環(huán)境條件相關(guān)性的橋梁伸縮縫損傷預(yù)警方法。主要內(nèi)容有:①逐步定量地分析溫度、車輛荷載和風(fēng)對(duì)潤(rùn)揚(yáng)大橋懸索橋主梁縱向位移的影響規(guī)律,在此基礎(chǔ)上得到了消除環(huán)境影響的位移值,并

4、以此作為伸縮縫的損傷預(yù)警指標(biāo);②采用統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別中的均值控制圖對(duì)伸縮縫的異常變化進(jìn)行判別,從而建立了橋梁結(jié)構(gòu)伸縮縫損傷預(yù)警方法。分析結(jié)果表明,均值控制圖法可以有效地識(shí)別出潤(rùn)揚(yáng)大橋懸索橋伸縮縫位移微小的異常變化,顯示了較強(qiáng)的損傷敏感性。
　　 3、系統(tǒng)地建立了而向健康監(jiān)測(cè)的鋼箱梁橋焊接細(xì)節(jié)確定性疲勞壽命預(yù)測(cè)方法。主要研究?jī)?nèi)容有:①詳細(xì)分析了國(guó)內(nèi)外規(guī)范的疲勞強(qiáng)度曲線(S-N曲線)的特點(diǎn),根據(jù)Palmgren-Miner線性損傷累積理

5、論和Eurocode3規(guī)范中的S-N曲線建立了鋼箱梁焊接細(xì)節(jié)的疲勞累積損傷計(jì)算方法;②從多尺度有限元仿真分析和應(yīng)變實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析兩方面詳細(xì)地研究了潤(rùn)揚(yáng)大橋鋼箱梁焊接細(xì)節(jié)的疲勞損傷特征;③討論了利用長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)開(kāi)展焊接細(xì)節(jié)疲勞壽命評(píng)估的必要性,最后給出了頂板-U形肋和U形肋對(duì)接兩類焊接細(xì)節(jié)的疲勞壽命預(yù)測(cè)結(jié)果。分析結(jié)果表明,本文提出的方法較全而地考慮了鋼箱梁焊接細(xì)節(jié)的疲勞強(qiáng)度特征和公路鋼橋疲勞應(yīng)力幅譜的特點(diǎn),從而實(shí)現(xiàn)了海量應(yīng)變監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的合理工

6、程應(yīng)用。
　　 4、系統(tǒng)地建立了鋼箱梁橋焊接細(xì)節(jié)基于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的疲勞可靠度評(píng)估方法體系。主要內(nèi)容有:①分別基于S-N曲線和線彈性斷裂力學(xué)推導(dǎo)了鋼箱梁焊接細(xì)節(jié)的疲勞極限狀態(tài)方程,從而建立了焊接細(xì)節(jié)疲勞時(shí)變可靠度計(jì)算體系;②提出了基于高斯混合分布的焊接細(xì)節(jié)疲勞荷載效應(yīng)的概率建模方法,采用EM算法和信息準(zhǔn)則方法分別解決了高斯混合模型的參數(shù)估計(jì)問(wèn)題和高斯分量數(shù)日確定問(wèn)題;③針對(duì)U形肋對(duì)接焊縫,根據(jù)有限厚板半橢網(wǎng)表而裂紋模型推導(dǎo)了臨界損