大跨斜拉橋健康狀態(tài)評(píng)估方法及其應(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。大跨橋梁在服役載荷作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)與狀態(tài)分析是極其復(fù)雜的,單純利用結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)信息難以達(dá)到橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)識(shí)別的目標(biāo)。因此,需要建立與修正橋梁結(jié)構(gòu)的有限元模型,用以準(zhǔn)確地模擬橋梁結(jié)構(gòu)的行為與工作狀態(tài),在此基礎(chǔ)上將有限元正演分析與信號(hào)反演識(shí)別相結(jié)合,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)人跨橋梁的日常工作狀況以及各種災(zāi)害對(duì)結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行評(píng)估。本文以蘇通大橋斜拉橋?yàn)檠芯繉?duì)象,圍繞結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與安全評(píng)

2、估這個(gè)主題,系統(tǒng)建立了大跨斜拉橋健康狀態(tài)評(píng)估方法。本文的主要工作與成果如下:
　　 1、系統(tǒng)研究面向結(jié)構(gòu)安全評(píng)估的蘇通大橋斜拉橋基準(zhǔn)有限元模擬方法。詳細(xì)討論以結(jié)構(gòu)損傷診斷與狀態(tài)評(píng)估為目標(biāo)的蘇通大橋斜拉橋有限元模擬的策略與方案,并采用有限元模型誤差的分階段修正方法建立蘇通大橋斜拉橋的基準(zhǔn)有限元模型。分析結(jié)果表明,蘇通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,從而為蘇通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

3、析等提供可靠的結(jié)構(gòu)描述與分析依據(jù)。
　　 2、設(shè)計(jì)、制作了蘇通大橋試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒㈤_(kāi)展了詳細(xì)的動(dòng)態(tài)測(cè)試,提出了基于Morlet小波變換理論的模態(tài)參數(shù)識(shí)別改進(jìn)方法。為了建立“環(huán)境條件歸一化”的結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警方法,以蘇通大橋2008年至2009年240天的模態(tài)頻率、小波包能量譜與溫度的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了季節(jié)了相關(guān)性分析,分析結(jié)果表明,蘇通大橋斜拉橋模態(tài)頻率、小波包能量譜與溫度具有明顯的季節(jié)相關(guān)性,采用六次多項(xiàng)式對(duì)模態(tài)頻率、小波包能量譜與溫度的季

4、節(jié)相關(guān)性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)建模,并采用均值控制圖法對(duì)模態(tài)頻率和小波包能量譜的異常變化進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別。
　　 3、研究了根據(jù)頻率識(shí)別斜拉橋索力的方法,分別考慮索垂度和抗彎剛度的影響,基于能量法原理,在支座條件已知的情況下,采用擬合方法構(gòu)造了識(shí)別索力的顯示公式。針對(duì)支座條件未知的情況,以等效支座剛度系數(shù)a、b代替纜索的支座剛度作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出向量,訓(xùn)練并使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)米識(shí)別索力及其支座剛度,結(jié)果表明該方法用于識(shí)別索力是可行的。
　　

5、 4、采用最大熵譜分析方法識(shí)別了蘇通人橋拉索的自振頻率。利用拉索動(dòng)力測(cè)試的結(jié)果,對(duì)運(yùn)營(yíng)前后斜拉橋拉索頻率識(shí)別的環(huán)境變異性進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上提出一種基于模糊模式識(shí)別的拉索異常狀態(tài)預(yù)警方法,該方法能夠直觀學(xué)握拉索頻率和車流量的變化,并及時(shí)地對(duì)拉索的異常狀態(tài)進(jìn)行頂警。
　　 5、研究了基于改進(jìn)響應(yīng)面法的大跨斜拉橋可靠度評(píng)估方法。通過(guò)引入漸近迭代步長(zhǎng)序列改善響應(yīng)面迭代的非線性性質(zhì),使得響應(yīng)面迭代算法在計(jì)算穩(wěn)定性和精度上均有明顯的提