基于健康監(jiān)測的斜拉橋多尺度損傷預(yù)后方法研究.pdf

1、20多年來，橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測已經(jīng)取得了一定的成就，主要表現(xiàn)在監(jiān)測數(shù)據(jù)積累和異常事件評估等方面，在目前很難識別橋梁結(jié)構(gòu)早期損傷的情況下，預(yù)后技術(shù)是克服結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)瓶頸的有效方法之一。損傷預(yù)后就是基于實時監(jiān)測信息，評估結(jié)構(gòu)當(dāng)前的運營狀態(tài)，估計未來的荷載環(huán)境，預(yù)測結(jié)構(gòu)未來剩余使用壽命和安全性能，并及時采取防治措施進行維修加固。本文基于江蘇沿海高速灌河大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)，探究其多尺度損傷預(yù)后方法，主要工作如下:
　　1.斜拉橋車輛荷載模

2、型研究?；诠嗪哟髽騽討B(tài)稱重系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)，探究其車流量、車輛總重、車速、軸距及車間距的統(tǒng)計分布特征，進而獲得其車輛荷載模型。
　　2.結(jié)合梁斜拉橋多尺度模型確認。首先，基于Arlequin方法和動力平衡方程探究結(jié)合梁斜拉橋多尺度模擬方法，進而基于兩階段響應(yīng)面方法進行多尺度模型修正，再結(jié)合概率盒理論開展多尺度模型確認研究。
　　3.基于實測車輛荷載模型和多尺度模型，開展結(jié)合梁斜拉橋鋼主梁疲勞損傷預(yù)后研究。首先闡述了小波神經(jīng)

3、網(wǎng)絡(luò)的基本理論及其實現(xiàn)算法，進而對灌河大橋未來的荷載環(huán)境進行了預(yù)測，并結(jié)合可靠度方法對灌河大橋鋼主梁關(guān)鍵部位的疲勞可靠度、疲勞壽命及失效概率進行了預(yù)測。
　　4.探討復(fù)雜環(huán)境作用下基于概率盒的結(jié)合梁斜拉橋損傷預(yù)后方法。主要考慮了橋梁復(fù)雜服役環(huán)境的不確定性，并對橋梁未來服役安全性能進行了不確定性概率評估。
　　5.超材料斜拉橋工作機理及其損傷預(yù)后方法研究。首先，詳細闡述超材料梁特有的負質(zhì)量和負剛度屬性;進而，深入研究了超材料梁

4、的減振性能，并通過數(shù)值模擬驗證多阻帶超材料結(jié)合梁的減振能力;最后，討論了超材料結(jié)合梁的損傷預(yù)后方法。
　　得到的主要結(jié)論如下:
　　1.基于廣義極值理論得到了灌河大橋?qū)嶋H運行車輛荷載模型，其車輛荷載均值為設(shè)計公路Ⅰ級的0.49倍，且實際運行車輛荷載呈現(xiàn)逐漸略微增長的趨勢。
　　2.建立了基于兩階段響應(yīng)面的斜拉橋結(jié)構(gòu)多尺度模型修正及確認方法，其中:修正后計算得到的全橋頻率和振型與實測值吻合較好，頻率最大誤差不超過8％，全

5、橋各階振型的MAC值均在90％以上;基于概率盒方法確認后的多尺度模型頻率計算值和實測值之間的相對誤差對重疊率指標(biāo)有影響，消除相對誤差后，各階模態(tài)頻率的重疊率指標(biāo)均超過89％。
　　3.建立了基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和多尺度模型的斜拉橋鋼主梁疲勞損傷預(yù)后方法，結(jié)果表明:主梁服役期滿時計算的疲勞可靠度為5.19，達到目標(biāo)疲勞可靠度時的服役年數(shù)為152年。
　　4.建立了復(fù)雜環(huán)境作用下基于概率盒的斜拉橋損傷預(yù)后方法，結(jié)果表明:灌河大橋主塔