大跨斜拉橋結構損傷預警理論、方法與應用.pdf

1、大跨橋梁結構的健康監(jiān)測與安全評估是目前國內外學術界與工程界的熱點研究領域。如何根據采集的數據和信號反演出橋梁結構的工作狀態(tài)和健康狀況，識別出可能的結構損傷部位及其損傷程度，并在此基礎上對橋梁結構進行狀態(tài)評估是大跨橋梁結構健康監(jiān)測與安全評估系統(tǒng)研究的最主要問題。本文以潤揚長江大橋北汊斜拉橋為研究對象，圍繞大跨斜拉橋結構損傷預警這個主題，從結構損傷預警方法、大跨斜拉橋安全評估的有限元模擬和大跨斜拉橋結構損傷預警方法三個方面，系統(tǒng)地開展基于小

2、波包分析的大跨斜拉橋結構損傷預警的理論、方法與應用研究，并將研究成果應用于潤揚長江大橋結構損傷預警系統(tǒng)。本文的主要工作和成果如下： 1、系統(tǒng)地建立了基于小波包能量譜的結構損傷預警理論體系與實現方法。主要內容是：①將多尺度系統(tǒng)理論與結構動力學理論相結合，建立了基于小波變換的結構多尺度損傷分析理論的基本框架。②深入地研究了基于小波包能量譜的結構多尺度損傷分析與損傷預警方法。在結構多尺度損傷分析理論的基礎上，系統(tǒng)地建立了基于振動測試的

3、結構損傷預警的小波包能量譜以及損傷預警指標的計算方法。③開展了Benchmark結構損傷預警的試驗研究。試驗結果表明，基于小波包能量譜的結構損傷預警方法具有良好的損傷預警能力，可以準確地判定結構初期損傷的發(fā)生。 2、系統(tǒng)地建立了面向結構安全評估的大跨斜拉橋有限元模擬方法。主要內容是：①系統(tǒng)地提出了以結構安全評估為目標的大跨斜拉橋結構的有限元模擬策略與方案。②在有限元模型誤差來源分析的基礎上，系統(tǒng)地提出了大跨斜拉橋索塔和扁平鋼箱梁

4、有限元模型誤差的分階段修正方法，并應用于潤揚大橋斜拉橋的基準有限元模型。分析結果表明，潤揚大橋斜拉橋有限元模型的計算結果與實橋測試結果吻合良好，從而為潤揚大橋斜拉橋的損傷診斷與狀態(tài)評估以及各類復雜動力響應分析等提供可靠的結構描述與分析依據。 3、系統(tǒng)地研究了基于小波包能量譜的大跨斜拉橋結構損傷預警方法，并成功地應用于潤揚長江大橋結構損傷預警系統(tǒng)。主要內容是：①將環(huán)境荷載激勵技術與小波包分析技術相結合，建立了環(huán)境激勵下基于小波包能

5、量譜的結構損傷預警方法，并且進行了Benchmark結構損傷試驗驗證。②深入地研究了環(huán)境激勵下基于小波包能量譜的大跨斜拉橋結構損傷預警方法，通過數值算例分析和實測數據分析對小波包能量譜的損傷預警能力進行了詳細的分析與評價。分析結果表明，基于小波包能量譜的結構損傷預警方法適合于環(huán)境振動測試下的大跨斜拉橋結構的實時損傷預警。③系統(tǒng)地研究了大跨斜拉橋結構損傷預警系統(tǒng)的功能、體系結構、數據庫和應用軟件的設計方法，并編制了潤揚長江大橋結構損傷預警