大跨径悬索桥梁健康监测研究.pdf

墨垒左重——学位论文董±咽塑鲨坠一专业名称竖苤鱼隆重三堡篷垒左鲎亟±二五年六月指导教师姓名论文提交日期论文答辩日学位授予单位申请学位级别...
摘要大跨径桥梁的健康监测为桥梁结构的维修、养护与管理决策提供科学依据和指导,有助于新设计、新材料、新工艺的评估和验证,对确保桥梁安全运营,延长桥梁寿命都起着积极的作用。本文结合桥梁健康监测的发展状况,对悬索桥健康监测进行了系统的研究。首先,本文论述了桥梁健康监测系统的设计,包括:桥梁健康监测的主要内容;桥梁健康监测系统传感器的选择与布置原则;桥梁结构无损检测以及健康诊断。其次,以宜昌长江公路大桥健康监测为依托,提出了悬索桥健康监测方案设计;对主缆锚跨张力实用计算公式进行了推导和误差分析;对健康监测实测统计数据进行了对比分析,在此基础上对宜昌长江公路大桥健康状态进行了定性评估。最后研究了灰色层理论在大跨径悬索桥健康监测中的应用情况,建立了一套较为完整的悬索桥健康状态评分体系,并在宜昌长江公路大桥健康监测的实桥应用中得以验证。关键词:悬索桥:健康监测;监测系统设计;实用公式;对比分析;灰色理论健康状态评估
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第一章概述桥梁健康监测的概念随着交通事业的蓬勃发展和大跨径桥梁建设步伐的日益加快,大型重要桥梁的安全性、耐久性和适用性也日渐受到人们的关注和重视。为了及时准确掌握大型桥梁的工作性能,加强大型桥梁的维护工作,大型桥梁健康监测应运而生。大型桥梁健康监测对于桥梁设计、建设、运营、维护及管理决策都有着重要的意义。通过对大型桥梁的健康监测,可以为验证结构分析模型、计算假定和设计方法提供反馈信息,为桥梁的维修和管理决策提供科学依据与指导,同时对维护桥梁安全,延长桥梁寿命都有着重要的意义,具有明显的社会和经济效益。目前,对于桥梁健康监测的研究还处于基础性的探索阶段,在以往桥梁健康监测工程实践的基础上,文献定义了一些和桥梁健康监测的相关概念:健康:在土木工程中指结构或者系统能够实现其预期功能的一种状态。健康监测:桥梁健康监测就是通过对桥梁结构的无损检测、实时监控结构的整体行为,对结构的损伤位置和损伤程度进行诊断,对桥梁的服役情况、可靠性、耐久性和承载能力进行智能评估,为大桥在特殊气候、交通条件下或桥梁运营状况严重异常时触发预警信号,为桥梁的维修养护与管理决策提供科学依据和指导。理想的健康监测就是在这个临界点到来之前提早检测出结构的损伤并及时作出预警,这是实时在线监测过程。健康诊断:是指结构在受到自然的绲卣稹⑶糠绲、人为的破坏,或者经过长时期使用后,通过测定其关键性能指标,检查其是否受到损伤,如果受到损伤,确定其损伤位置、程度如何,判断其可否继续使用及预估其剩余寿命等。安全性评估:通过各种可能的、结构允许的测试手段,测试结构当前的工作状态,并与其临界失效状态进行比较,评价其安全等级。对于不同的结构,由于其重要程度不同,安全等级也应该有所差别。安全性评估与可靠性不同,可靠性为~种概率,为一种可能性;而安全性评估旨在给出确定的安全等级。损伤诊断可以从很多层面上来理解,但最基本的目标是简单地确认结构是否存在损伤。这个问题的统计模式、识别模型一般是收集损伤前后系统的特征,比较新的模式是否偏离原始模式。实际上,问题很少如此简单,工作环境和条件的变化都影响测得的信号。在此情况下,正常的工作范围很广,不能简单地因为环
桥梁健康监测的目的和意义建造的第一座大跨度现代悬索桥——汕头海湾大桥自通车营之后,即开始进行每境的变化而认为有损伤。~般有两种方式来考察环境的变化:一种是可以测出分别与环境和工作条件相关的量,参数化正常的工作条件;另一种方式是采用等提出的数据正规化技术,如搜寻技术和自回归神经网络技术,用于区分环境工作条件变化和损伤的影响。桥梁健康监测系统一般由数据采集系统和结构健康状态与安全评估系统这两个子系统组成,而其中的数据采集子系统则是整个监测系统的基础。桥梁健康监测系统能否对桥梁结构的健康状态和安全寿命作出正确的评估,能否为验证设计和修『娣短峁┛蒲У囊谰荩【鲇谑莶杉低衬芊癫杉阶既贰⒖煽俊⒂代表性、能如实反映结构状态的各种特征信息。所有的结构,无论是自然的还是人工的,在其存在期间都会累积损伤。健康监测是指利用现场的、无损伤的监测方式获得结构内部信息,分析包括结构反应在内的各种特征,以便了解结构因损伤或者退化而造成的改变。人们关心的问题是,结构损伤到什么程度才能危及其安全性能。通俗的讲,桥梁健康监测不只是传统的桥梁检测技术的简单改造,而是利用在桥梁建设时期预埋在桥梁内部的应变计及传感器和桥梁在正常运营阶段外加的各种检测设备,通过对桥梁各部位相关技术参数的采集利用计算机技术定期或连续地对桥梁在运营阶段工作性能进行实时监测,以获得桥梁结构在各种工作环境下的结构响