基于城市橋梁集群監(jiān)測平臺的系桿拱橋健康監(jiān)測研究.pdf

1、近年來，隨著城市化進(jìn)程的加快和各類橋梁結(jié)構(gòu)破壞及倒塌事故的增多，開展面向公共安全的城市重要橋梁的健康監(jiān)測與預(yù)警處置技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)城市橋梁的高性能服役和安全保障的目標(biāo)，體現(xiàn)了我國經(jīng)濟(jì)和社會可持續(xù)發(fā)展的重大需求，成為了一項(xiàng)迫切而重要的科學(xué)與工程任務(wù)。
　　 城市橋梁集群監(jiān)測平臺是數(shù)字城市關(guān)于基礎(chǔ)設(shè)施信息化的重要組成部分，以城市干道橋梁結(jié)構(gòu)為對象，應(yīng)用現(xiàn)代傳感、通訊和網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)，集健康監(jiān)測系統(tǒng)與城市橋梁管理系統(tǒng)功能于一體，旨在實(shí)現(xiàn)

2、資源共享和信息綜合，實(shí)現(xiàn)一體化集成和開放的分布式網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測相結(jié)合。它將充分發(fā)揮健康監(jiān)測系統(tǒng)在實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集與橋梁管理系統(tǒng)在綜合狀態(tài)評估方面的優(yōu)勢，避免目前單一橋梁監(jiān)測系統(tǒng)可復(fù)制性差、各系統(tǒng)間缺乏溝通與整合、容易形成“信息孤島”、無法為保障城市干道橋梁整體安全提供有效支持的問題，是城市信息化背景下的一種全新橋梁管理模式。
　　 系桿拱橋以其優(yōu)美的結(jié)構(gòu)造型、良好的受力特點(diǎn)、優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)性能，越來越受到橋梁工程界的青睞，被大量運(yùn)用于現(xiàn)代

3、城市橋梁中。本文基于因地制宜、突出重點(diǎn)的原則，結(jié)合杭州市區(qū)交通干道橋梁在線安全監(jiān)控管理系統(tǒng)（二期）工程，提出城市橋梁集群監(jiān)測平臺的建設(shè)與分階段實(shí)施框架，開展了基于城市橋梁集群監(jiān)測平臺的系桿拱橋健康監(jiān)測研究，主要的研究內(nèi)容及創(chuàng)新成果如下：
　　 1.從城市橋梁集群監(jiān)測平臺的定位、設(shè)計(jì)的原則、系統(tǒng)的架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)的技術(shù)等方面進(jìn)行了探索，結(jié)合杭州市城市橋梁管理養(yǎng)護(hù)中長期規(guī)劃（2008年—2020年），對城市橋梁集群監(jiān)測平臺的分階段實(shí)施進(jìn)行

4、了規(guī)劃。目前已建成的集群監(jiān)測平臺包括杭州市城區(qū)交通干道上的跨運(yùn)河橋3座、高架快速路1座、大型立交橋1座，跨鐵路斜拉橋l座、跨錢塘江拱橋1座。整個(gè)系統(tǒng)基于網(wǎng)通VPN技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)的結(jié)構(gòu)動態(tài)反應(yīng)的監(jiān)測，為摸索各種類型的橋梁在運(yùn)營階段實(shí)際受力狀況積累了大量寶貴的數(shù)據(jù)，成為全國首個(gè)對不同形式的橋梁實(shí)行統(tǒng)一在線監(jiān)管的城市。
　　 2.在城市橋梁集群監(jiān)測平臺下，結(jié)合典型橋型系桿拱橋—葉青兜橋，重點(diǎn)展開了以下研究：
　　 a.基于已

5、有橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)研究現(xiàn)狀與系桿拱橋的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了葉青兜橋遠(yuǎn)程在線健康監(jiān)測，并結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)行1年多的監(jiān)測數(shù)據(jù)，提出了相應(yīng)的數(shù)據(jù)管理規(guī)則，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)的單點(diǎn)及連續(xù)失效檢驗(yàn)；基于監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，建立了橋梁溫度的日變化模式和年變化模式，深入研究了各監(jiān)測信號與環(huán)境溫度之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，建立了相應(yīng)的回歸模型用以消除溫度的影響，從而提高監(jiān)測指標(biāo)對結(jié)構(gòu)自身損傷的有效性。
　　 b.基于監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過修正結(jié)構(gòu)模型的建模誤差和物理特性誤差，提高

6、了分析結(jié)果與在線監(jiān)測結(jié)果之間的擬合程度，確立了參考有限元模型及預(yù)警指標(biāo)值，實(shí)現(xiàn)了在線預(yù)警；完善了系桿拱橋?qū)嵱玫脑u價(jià)指標(biāo)體系，在考慮各評價(jià)元素對橋梁安全性、適用性和耐久性的不同影響上，分別確定各元素的初始權(quán)重和評價(jià)指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)及模型分析，實(shí)現(xiàn)了橋梁的綜合量化評估。
　　 c.結(jié)合系桿拱橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出了基于構(gòu)件關(guān)鍵性和易損性的全壽命維護(hù)方法。采用基于剛度的構(gòu)件重要性分析方法結(jié)合敏感性分析確定關(guān)鍵構(gòu)件，揭示構(gòu)件在結(jié)構(gòu)