大跨斜拉橋結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警理論、方法與應(yīng)用.pdf

1、大跨橋梁結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)與安全評(píng)估是目前國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界與工程界的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。如何根據(jù)采集的數(shù)據(jù)和信號(hào)反演出橋梁結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)和健康狀況，識(shí)別出可能的結(jié)構(gòu)損傷部位及其損傷程度，并在此基礎(chǔ)上對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估是大跨橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與安全評(píng)估系統(tǒng)研究的最主要問題。本文以潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江大橋北汊斜拉橋?yàn)檠芯繉?duì)象，圍繞大跨斜拉橋結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警這個(gè)主題，從結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警方法、大跨斜拉橋安全評(píng)估的有限元模擬和大跨斜拉橋結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警方法三個(gè)方面，系統(tǒng)地開展基于小

2、波包分析的大跨斜拉橋結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警的理論、方法與應(yīng)用研究，并將研究成果應(yīng)用于潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江大橋結(jié)構(gòu)損傷預(yù)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(jié)構(gòu)損傷預(yù)警理論體系與實(shí)現(xiàn)方法。主要內(nèi)容是：①將多尺度系統(tǒng)理論與結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)理論相結(jié)合，建立了基于小波變換的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)多尺度損傷分析與損傷預(yù)警方法。在結(jié)構(gòu)多尺度損傷分析理論的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地建立了基于振動(dòng)測(cè)試的

3、結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警的小波包能量譜以及損傷預(yù)警指標(biāo)的計(jì)算方法。③開展了Benchmark結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警的試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，基于小波包能量譜的結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警方法具有良好的損傷預(yù)警能力，可以準(zhǔn)確地判定結(jié)構(gòu)初期損傷的發(fā)生。 2、系統(tǒng)地建立了面向結(jié)構(gòu)安全評(píng)估的大跨斜拉橋有限元模擬方法。主要內(nèi)容是：①系統(tǒng)地提出了以結(jié)構(gòu)安全評(píng)估為目標(biāo)的大跨斜拉橋結(jié)構(gòu)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(chǔ)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(yīng)用于潤(rùn)揚(yáng)大橋斜拉橋的基準(zhǔn)有限元模型。分析結(jié)果表明，潤(rùn)揚(yáng)大橋斜拉橋有限元模型的計(jì)算結(jié)果與實(shí)橋測(cè)試結(jié)果吻合良好，從而為潤(rùn)揚(yáng)大橋斜拉橋的損傷診斷與狀態(tài)評(píng)估以及各類復(fù)雜動(dòng)力響應(yīng)分析等提供可靠的結(jié)構(gòu)描述與分析依據(jù)。 3、系統(tǒng)地研究了基于小波包能量譜的大跨斜拉橋結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警方法，并成功地應(yīng)用于潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江大橋結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警系統(tǒng)。主要內(nèi)容是：①將環(huán)境荷載激勵(lì)技術(shù)與小波包分析技術(shù)相結(jié)合，建立了環(huán)境激勵(lì)下基于小波包能

5、量譜的結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警方法，并且進(jìn)行了Benchmark結(jié)構(gòu)損傷試驗(yàn)驗(yàn)證。②深入地研究了環(huán)境激勵(lì)下基于小波包能量譜的大跨斜拉橋結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警方法，通過數(shù)值算例分析和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析對(duì)小波包能量譜的損傷預(yù)警能力進(jìn)行了詳細(xì)的分析與評(píng)價(jià)。分析結(jié)果表明，基于小波包能量譜的結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警方法適合于環(huán)境振動(dòng)測(cè)試下的大跨斜拉橋結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)損傷預(yù)警。③系統(tǒng)地研究了大跨斜拉橋結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警系統(tǒng)的功能、體系結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)方法，并編制了潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江大橋結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警