基于長期監(jiān)測數(shù)據(jù)的大跨橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)預警與評估方法及其應用.pdf

1、大跨橋梁結(jié)構(gòu)基于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的狀態(tài)預警與評估是目前國內(nèi)外學術界和工程界的熱點研究領域。如何有效地處理、分析和解讀橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)采集的長期海量數(shù)據(jù),在此基礎上建立橋梁結(jié)構(gòu)的損傷狀態(tài)預警方法、研究橋梁結(jié)構(gòu)的損傷累積及演化規(guī)律、開展橋梁結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)評估是橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測所而臨的最主要的科學問題,這已成為本領域的共識。本文以潤揚大橋懸索橋和斜拉橋為研究對象,圍繞大跨橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)預警與評估這個研究主題,從橋梁結(jié)構(gòu)整體狀態(tài)監(jiān)測與損傷預警、

2、結(jié)構(gòu)關鍵細節(jié)損傷監(jiān)測與壽命評估兩個方面,系統(tǒng)地開展基于長期監(jiān)測數(shù)據(jù)的大跨橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)預警與評估的方法與應用研究。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)境條件相關性的大跨橋梁整體狀態(tài)監(jiān)測與預警方法。主要內(nèi)容有:①逐步定量地分析了溫度、車輛荷載和風對潤揚大橋懸索橋模態(tài)頻率的影響規(guī)律;②采用提前停止技術和貝葉斯正則化技術對BP神經(jīng)網(wǎng)絡進行改進,在此基礎上提出了環(huán)境條件與模態(tài)頻率的多元相關建模方法;③應用改進

3、BP網(wǎng)絡模型消除了環(huán)境條件對模態(tài)頻率的影響,然后采用假設檢驗的方法建立了橋梁結(jié)構(gòu)整體狀態(tài)預警方法。分析結(jié)果表明,基于改進BP網(wǎng)絡和假設檢驗的預警方法能識別出潤揚大橋懸索橋模態(tài)頻率微小的異常變化,能準確判斷結(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)境條件相關性的橋梁伸縮縫損傷預警方法。主要內(nèi)容有:①逐步定量地分析溫度、車輛荷載和風對潤揚大橋懸索橋主梁縱向位移的影響規(guī)律,在此基礎上得到了消除環(huán)境影響的位移值,并

4、以此作為伸縮縫的損傷預警指標;②采用統(tǒng)計模式識別中的均值控制圖對伸縮縫的異常變化進行判別,從而建立了橋梁結(jié)構(gòu)伸縮縫損傷預警方法。分析結(jié)果表明,均值控制圖法可以有效地識別出潤揚大橋懸索橋伸縮縫位移微小的異常變化,顯示了較強的損傷敏感性。
　　 3、系統(tǒng)地建立了而向健康監(jiān)測的鋼箱梁橋焊接細節(jié)確定性疲勞壽命預測方法。主要研究內(nèi)容有:①詳細分析了國內(nèi)外規(guī)范的疲勞強度曲線(S-N曲線)的特點,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節(jié)的疲勞累積損傷計算方法;②從多尺度有限元仿真分析和應變實測數(shù)據(jù)分析兩方面詳細地研究了潤揚大橋鋼箱梁焊接細節(jié)的疲勞損傷特征;③討論了利用長期監(jiān)測數(shù)據(jù)開展焊接細節(jié)疲勞壽命評估的必要性,最后給出了頂板-U形肋和U形肋對接兩類焊接細節(jié)的疲勞壽命預測結(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節(jié)的疲勞強度特征和公路鋼橋疲勞應力幅譜的特點,從而實現(xiàn)了海量應變監(jiān)測數(shù)據(jù)的合理工

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