復雜應力狀態(tài)下基于區(qū)域分布傳感技術的結(jié)構識別及性能預測理論.pdf

1、近幾十年來，結(jié)構健康監(jiān)測的研究形成的技術成果已在各類土木工程結(jié)構上得到初步應用。國際上僅特大橋梁已有300多座安裝了各類高價健康監(jiān)測系統(tǒng)。這些健康監(jiān)測系統(tǒng)對于應對突發(fā)事件等方面發(fā)揮了積極作用，但由于存在著較多的問題，仍無法實現(xiàn)“健康”監(jiān)測，如:現(xiàn)有的傳感技術多為點式傳感，在應用于體型巨大構造復雜的土木結(jié)構時具有一定的局限性;海量監(jiān)測數(shù)據(jù)與結(jié)構性能的相關性弱，缺乏關鍵評價指標;傳感器種類和數(shù)量多，系統(tǒng)構成復雜，海量數(shù)據(jù)難以有效處理等。國內(nèi)

2、外不少學者研發(fā)了多種的結(jié)構損傷識別和定位等的方法，但是由于大跨橋梁結(jié)構復雜、體量巨大、冗余度高以及環(huán)境因素的影響，將這些方法應用到實橋結(jié)構的海量監(jiān)測數(shù)據(jù)時還無法保證狀態(tài)預警和評估的有效性。因此，針對以上問題，本文開發(fā)了適用于大型土木工程結(jié)構健康監(jiān)測系統(tǒng)的區(qū)域分布傳感技術和理論方法。本文的研究內(nèi)容及創(chuàng)新點如下:
　　(1)基于區(qū)域分布傳感技術的系桿拱橋（系梁、拱肋）的變形分布識別方法
　　對于系梁的變形分布識別，通過確定系梁上

3、的軸應變分布，并在一種特殊的傳感器布置幫助下，從長標距傳感器測量的應變中分離出需要的彎曲應變?nèi)ス烙嬒盗旱淖冃畏植?對于拱肋的變形分布識別，由于拱肋截面上的彎矩和軸力都對拱肋的變形做出貢獻，將拱肋上由彎矩應變和軸力應變分別引起的曲率作為荷載，施加在其共軛簡支梁上，利用該共軛簡支梁上計算的彎矩去識別拱肋的豎向變形分布。
　　(2)用于有效估計系桿拱橋變形分布的傳感器優(yōu)化布置方案
　　利用有限元模型和力學模型確定系桿拱橋的多個目標

4、荷載工況，并提取多目標荷載工況下的特征曲線。這樣，可從特征曲線上選取一定數(shù)目的特征點去擬合該曲線，并使得擬合的誤差最小。這組特征點可確定一個傳感器優(yōu)化布置方案;依次增加特征點數(shù)目可以確定出多套傳感器優(yōu)化布置方案使得估計的系桿拱橋的變形分布精度最高。
　　(3)基于現(xiàn)場校準測試下的影響線校準
　　以連續(xù)梁的影響線校準為例，基于力法原理推導出連續(xù)梁的理論影響線公式，通過利用理論影響線去模擬校準測試下的結(jié)構響應，并與實測的結(jié)構響應

5、對比，得到各個傳感單元影響線的校準系數(shù)，對理論影響線進行校準，獲得實橋的校準影響線表達公式。
　　(4)基于區(qū)域分布傳感技術的橋梁動態(tài)稱重方法
　　本方法以結(jié)構的影響線表達公式為基礎，在沒有車軸識別器的情況下，采用橋梁支座附近測量的應變?nèi)ス烙嫎蛄荷系能囕S數(shù)、車間距和軸重比參數(shù);通過消除軸間距和軸重比對結(jié)構響應的最大應變值的影響去修正最大值，利用現(xiàn)場驗證工況下修正的最大應變與校準測試下的相應值進行比較識別出車軸重，結(jié)合前面識別

6、的軸重比進一步識別出各車軸重。采用最大應變值的方法去識別車重具有魯棒性和抗噪能力。
　　(5)基于CMIF法的宏應變?nèi)岫壤碚?br>　　通過和CMIF法識別位移柔度理論對比，本文提出的識別宏應變?nèi)岫壤碚摰姆椒ò☉冾l響函數(shù)矩陣的奇異值分解和應變振型的識別;在識別的應變陣型基礎上，通過共軛梁法可識別位移振型;增強頻響函數(shù)的計算以及基本模態(tài)參數(shù)的識別。最后，由這些模態(tài)參數(shù)識別結(jié)構的宏應變?nèi)岫染仃嚒?br>　　(6)基于橋梁快速評估方