基于健康監(jiān)測(cè)的斜拉橋多尺度損傷預(yù)后方法研究.pdf

1、20多年來(lái)，橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)已經(jīng)取得了一定的成就，主要表現(xiàn)在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)積累和異常事件評(píng)估等方面，在目前很難識(shí)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(cè)技術(shù)瓶頸的有效方法之一。損傷預(yù)后就是基于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息，評(píng)估結(jié)構(gòu)當(dāng)前的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，估計(jì)未來(lái)的荷載環(huán)境，預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)未來(lái)剩余使用壽命和安全性能，并及時(shí)采取防治措施進(jìn)行維修加固。本文基于江蘇沿海高速灌河大橋健康監(jiān)測(cè)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?dòng)態(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(jì)分布特征，進(jìn)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(rèn)。首先，基于Arlequin方法和動(dòng)力平衡方程探究結(jié)合梁斜拉橋多尺度模擬方法，進(jìn)而基于兩階段響應(yīng)面方法進(jìn)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(rèn)研究。
　　3.基于實(shí)測(cè)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(shí)現(xiàn)算法，進(jìn)而對(duì)灌河大橋未來(lái)的荷載環(huán)境進(jìn)行了預(yù)測(cè)，并結(jié)合可靠度方法對(duì)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(jìn)行了預(yù)測(cè)。
　　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(duì)橋梁未來(lái)服役安全性能進(jìn)行了不確定性概率評(píng)估。
　　5.超材料斜拉橋工作機(jī)理及其損傷預(yù)后方法研究。首先，詳細(xì)闡述超材料梁特有的負(fù)質(zhì)量和負(fù)剛度屬性;進(jìn)而，深入研究了超材料梁

4、的減振性能，并通過(guò)數(shù)值模擬驗(yàn)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(yùn)行車輛荷載模型，其車輛荷載均值為設(shè)計(jì)公路Ⅰ級(jí)的0.49倍，且實(shí)際運(yùn)行車輛荷載呈現(xiàn)逐漸略微增長(zhǎng)的趨勢(shì)。
　　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(rèn)方法，其中:修正后計(jì)算得到的全橋頻率和振型與實(shí)測(cè)值吻合較好，頻率最大誤差不超過(guò)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(rèn)后的多尺度模型頻率計(jì)算值和實(shí)測(cè)值之間的相對(duì)誤差對(duì)重疊率指標(biāo)有影響，消除相對(duì)誤差后，各階模態(tài)頻率的重疊率指標(biāo)均超過(guò)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(shí)計(jì)算的疲勞可靠度為5.19，達(dá)到目標(biāo)疲勞可靠度時(shí)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