基于長期靜態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的大型橋梁安全狀態(tài)評估方法研究.pdf

1、大型橋梁結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測和安全狀態(tài)評估能夠?qū)Y(jié)構(gòu)的安全隱患提前預(yù)警從而防止重大災(zāi)害事故的發(fā)生，是當前土木工程領(lǐng)域的重點研究內(nèi)容之一，并逐步在工程實際應(yīng)用中發(fā)揮作用。本文利用橋梁恒載在總荷載中占較大比例，對橋梁結(jié)構(gòu)損傷反應(yīng)相對敏感的特點，提出從長期靜態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)中提取恒載效應(yīng)進行大型橋梁安全狀態(tài)評估的方法，分別從結(jié)構(gòu)恒載效應(yīng)信息的提取、反演損傷識別方法和靜態(tài)測點優(yōu)化布設(shè)方法三個方面進行系統(tǒng)研究，探索大型橋梁健康監(jiān)測和長期安全狀態(tài)評估新的理論和

2、方法。
　　 論文的主要研究內(nèi)容和研究結(jié)果包括：
　　 ①基于長期靜態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的橋梁結(jié)構(gòu)恒載效應(yīng)信息提取方法研究
　　 根據(jù)大型橋梁響應(yīng)中各種作用效應(yīng)的重現(xiàn)周期，分析其在長期靜態(tài)監(jiān)測信號頻域中的分布特征，提出了在測試信號中將活荷載、測試誤差、溫度和混凝土收縮徐變效應(yīng)信號分離，從而提取恒載效應(yīng)變化量信號作為損傷信息的方法，主要包括：將k-均值聚類、離子群優(yōu)化算法、RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與巴特沃斯濾波器相結(jié)合，提出了自適應(yīng)變

3、帶寬溫差作用效應(yīng)分離方法，利用日溫差效應(yīng)得出溫度預(yù)測模型，實現(xiàn)年溫差效應(yīng)的分離；基于AC1209、我國現(xiàn)行規(guī)范和B3模型的數(shù)學(xué)理論模型，建立了混凝土收縮徐變增量預(yù)測模型，實現(xiàn)了收縮徐變效應(yīng)的分離；根據(jù)活荷載、測試誤差效應(yīng)在監(jiān)測信號頻域的分布特征，采用低通濾波手段將其分離，從而實現(xiàn)了損傷信息的提取。
　　 通過數(shù)值仿真信號的分析表明：本文提出的分離方法能有效實現(xiàn)從長期健康監(jiān)測靜態(tài)數(shù)據(jù)中提取損傷信息。
　　 ②基于恒載效應(yīng)的

4、反演損傷識別方法研究
　　 大型橋梁結(jié)構(gòu)單元數(shù)量和待識別參數(shù)多，而實橋測點布設(shè)數(shù)量相對很少，導(dǎo)致現(xiàn)有反演損傷識別方法難于收斂到真實解且計算效率難以滿足實際需要。針對這兩個問題，建立了基于靜態(tài)數(shù)據(jù)的復(fù)合反演損傷識別方法，以實現(xiàn)大型橋梁損傷程度和損傷部位的判定。
　　 在復(fù)合反演損傷識別方法中，基于損傷函數(shù)引入高維空間降維技術(shù)，將損傷識別分為宏單元和有限元單元兩個層次，降低了各層次中反演計算待識別變量的個數(shù)；根據(jù)橋梁破壞通常

5、僅發(fā)生在局部的先驗知識，引入基于無變化因子的變異操作方法，降低第二代非支配排序多目標遺傳算法(NSGA-2)優(yōu)化求解時的搜索空間；融入了利用數(shù)學(xué)簡化模型加快反演識別計算速度的進化元模型方法，大大提高了復(fù)合反演損傷識別方法的計算效率。
　　 石板坡長江復(fù)線橋的數(shù)值仿真算例表明，復(fù)合反演損傷識別方法能夠根據(jù)實橋布設(shè)的測點成功識別有限元單元層次的損傷部位和程度，且可將損傷識別的計算效率提高10倍左右。
　　 ③靜態(tài)測點優(yōu)化布設(shè)

6、方法研究
　　 根據(jù)恒載作用下?lián)p傷效應(yīng)具有局部性的特征并采用損傷敏感度最大化原則，提出了基于恒載效應(yīng)進行測點優(yōu)化布設(shè)的有效影響域法。同時，將相對誤差算子融入該方法，實現(xiàn)對不同靜態(tài)測試參量類型的優(yōu)化選取。
　　 ④安全狀態(tài)評估軟件實橋應(yīng)用研究
　　 基于VC++、Matlab和SQL Server數(shù)據(jù)庫技術(shù)，利用本文提出的基于長期健康監(jiān)測數(shù)據(jù)提取恒載效應(yīng)信息的方法以及復(fù)合反演損傷識別方法，開發(fā)了相應(yīng)的橋梁結(jié)構(gòu)安全狀