研究超重基于长期健康监测连续刚构梁桥性能与演化规律

论文导读：8-301.3本论文依托工程背景30-321.4不足的提出及本论文的主要探讨内容32-341.4.1健康监测系统有着的主要不足32-331.4.2本论文主要探讨内容33-34第二章背景桥及其健康监测系统34-452.1引言34-352.2监测系统的设计原则概述35-382.2.1设计原则352.2.2监测项目35-362.2.3监测内容36-382.3传感器的选型及优化布置38-4
摘要：健康监测是现代大型桥梁结构不可或缺的组成部分，它能为桥梁的设计、施工、利用和维修决策提供性能、状态信息和科学依据。但是由于健康监测数据常常是多种因素综合作用的结果，由此，长期健康监测数据浅析与挖掘成为一个挑战性的前沿课题。本论文综合浅析了国内外大型桥梁监测系统及性能浅析、安全评定探讨近况，并以肇庆西江大桥的健康监测系统为基础，改善了集中式健康监测管理系统，较深入系统地浅析了肇庆西江大桥运营期间监测数据与结构状态性能，解决了一些相关的关键科学技术不足。主要探讨内容及其成果如下：根据温度实测数据，详细浅析了在太阳辐射等自然环境条件下混凝土箱梁的温度变化规律；基于正态分布概率模型，计算得到了具有沥青铺装层的混凝土箱梁温度作用代表值；提出了混凝土箱梁竖向温度梯度方式可采取幂函数加折线的形式描述，且顶底板温差与大气温度成线性正比联系；详细浅析了季节温度概率分布，得到该桥运营期间的最大季节升温温差为23.4℃，最大季节降温温差为20℃。浅析结果说明目前桥梁工程设计所采取的温差偏小。通过对长期应变监测数据的浅析和确定数据筛选机制，成功地测量了在役桥梁混凝土的收缩徐变及其演化规律。浅析了国际上常用的三种收缩徐变模型技术特点和适应性，推荐采取模型进行工程相关的收缩徐变计算，并倡议采取等效龄期思想，对温度效应对收缩徐变的影响进行修正。运用CEB-FIP(1990)模型浅析了背景桥梁的收缩徐变，结果和实测值比较吻合。基于监测系统所采集的大量应变数据，以机理和算法上解决了应变监测数据的多因素耦合效应、超重车引起混凝土桥梁结构变形小等困难，进展了针对超重汽车类异常事件的识别策略。在浅析长期应变监测信号的特点基础上，利用小波变换在信号突变识别方面有着优越性能的特点，对信号进行小波变换和异常信号的初步筛选，确定少量异常数据的突变位置，然后计算突变位置的应变变化幅度，并与有限元模拟的超重汽车引起的应变变化幅度比较，判定其是否为超重汽车荷载异常事件。推导了超重车引起的异常信号的捕获概率，成功地估算了背景桥梁上每天的超重车数量。基于Miner论述，推导了超重汽车引起桥梁关键部位的附加损伤的估算公式。同时基于大量监测数据，采取自编程序识别出超重汽车疲劳应力谱，并估算得到了背景桥在设计基准期内由超重汽车引起的损伤值。利用监测系统涵盖混凝土浇筑、凝固、施工和营运全历程的特点，提出了由监测应变数据直接换算出桥梁内部混凝土当前应力的算法。基于将近5年的应变监测数据，本论文提出一种局部时变可靠度评估策略，即以混凝土应力和强度作为的桥梁局部可靠度功能函数中的荷载（S）与抵抗力（R），首次在国际上实现基于长期健康监测的荷载概率分布及其随时间变化规律（五年）的测量。通过对该桥各监测的局部时变可靠度浅析，能够较客观地评估桥梁在监测点附近的可靠度，以及这些可靠度随时间的变化。结果表明此法可行，并且能够帮助桥梁工程师和桥梁管理者制定相应的桥梁检查和维护对策。关键词：结构健康监测论文温度分布论文收缩徐变论文超重汽车识别论文局部时变可靠度论文
本论文由www.7ctime.com,需要论文可以联系人员哦。摘要5-7
Abstract7-14
第一章 绪论14-34

1.1 连续刚构桥的历史近况与课题背景14-18

1.1 连续刚构桥的进展概况及特点14-15

1.2 课题背景15-18

1.2 国内外探讨近况及进展走势18-30

1.2.1 长期健康监测系统的探讨历史与近况18-21

1.2.2 温度效应探讨21-23

1.2.3 收缩徐变效应探讨23-26

1.2.4 基于监测数据的桥梁结构异常行为探讨近况26-28

1.2.5 运营期间桥梁性能浅析与安全评定探讨近况28-30

1.3 本论文依托工程背景30-32

1.4 不足的提出及本论文的主要探讨内容32-34

1.4.1 健康监测系统有着的主要不足32-33

1.4.2 本论文主要探讨内容33-34

第二章 背景桥及其健康监测系统34-45

2.1 引言34-35

2.2 监测系统的设计原则概述35-38

2.1 设计原则35

2.2 监测项目35-36

2.3 监测内容36-38

2.3 传感器的选型及优化布置38-41

2.3.1 传感器的选型38-39

2.3.2 传感器的优化布置39-41

2.4 背景桥集中式健康监测系统架构41-43

2.4.1 集中式桥梁健康监测系统设计思想41

2.4.2 集中式数据管理系统需求浅析41-42

2.4.3 肇庆西江大桥监测系统组成及系统集成42-43

2.5 本章小结43-45

第三章 珠三角地区连续刚构桥温度场及其效应长期监测与浅析45-66

3.1 引言45-46

3.2 作用及其代表值46

3.3 温度场的监测与浅析46-50

3.1 混凝土箱梁顶板的温度分布47-48

3.2 混凝土箱梁腹板的温度分布48-49

3.3 混凝土箱梁底板的温度分布49-50

3.4 季节温度测量及其概率统计浅析50-54

3.4.1 桥梁运营期的季节温度测量与浅析51-52

3.4.2 季节温度概率统计浅析52-54

3.5 竖向温度梯度概率统计浅析54-59

3.5.1 竖向温度梯度类型浅析54-55

3.5.2 温度作用代表值浅析55-59

3.5.

2.1 混凝土箱梁温度作用的实测数据55-56

3.5.

2.2 Jean、Berred和Barsotti的温度作用代表值计算策略56

3.5.

2.3 设计基准期内温度作用的分布函数及温度作用代表值56-58

3.5.

2.4 箱梁截面温差与气温的联系浅析58-59

3.6 基于二维模型的混凝土箱梁温度场数值计算59-62

3.6.1 单元及其参数的选取和边界条件的确定60

3.6.2 浅析结果与讨论60-62

3.7 基于Midas有限元温度应力计算62-65

3.7.1 基于梁单元有限元模型62-63

3.7.2 温度应力计算与比较63-6论文导读：

5

3.8 本章小结65-66

第四章 基于长期应变监测数据的连续刚构桥收缩徐变方式浅析66-82

4.1 基本概念66-68

4.

1.1 徐变系数、徐变度和徐变函数66-67

4.

1.2 收缩67

4.

1.3 混凝土收缩徐变影响因素67

4.

1.4 混凝土收缩徐变时变特点67-68

4.2 基于监测数据的背景桥梁收缩徐变浅析68-69
4.

2.1 长期监测数据提取原则68-69

4.

2.2 背景桥梁的混凝土收缩徐变演化规律69

4.3 常见的收缩徐变预测模型比较浅析69-74
4.

3.1 三种徐变方式介绍70

4.

3.2 三种徐变方式考虑的因素70-71

4.

3.3 三种预测模型比较浅析71

4.

3.4 对CEB-FIP 1990模型温度效应的修正71-74

4.4 肇庆西江大桥收缩徐变有限元仿真计算74-79

4.1 混凝土徐变应力-应变基本方程74-76

4.2 基于MIDAS的有限元模型的建立76-77

4.3 徐变引起的桥梁挠度变化77-78

4.4 徐变引起的桥梁内部应力变化78-79

4.5 CEB-FIP 90收缩徐变模型效果评估79-81

4.5.1 模型预测收缩徐变值与实测值比较79-80

4.5.2 CEB-FIP 90模型在不同收缩徐变时期的精度浅析80-81

4.6 本章小结81-82

第五章 基于长期应变监测数据的超重汽车荷载识别与浅析评估82-102

5.1 引言82-83

5.2 数据异常的定义和分类83-84

5.

2.1 正常通车状态下结构振动响应83

5.

2.2 重车过桥时结构振动响应83-84

5.

2.3 大风状态下结构振动响应84

5.

2.4 船撞时结构振动响应84

5.

2.5 爆炸地震时结构振动响应84

5.3 长期应变监测数据概况84-85

5.4 超重汽车识别论述浅析85-98

5.

4.1 桥的应变特点85-86

5.

4.2 监测应变时间系列小波浅析86-87

5.

4.3 结构异常行为检测87-88

5.

4.4 异常事件浅析及其应变阈值的确定88-92

5.

4.1 汽车超重88-91

5.

4.2 其他异常事件91-92

5.

4.5 识别策略92-93

5.

4.6 超重汽车荷载识别算例93-95

5.

4.7 超重汽车统计浅析95-98

5.5 疲劳效应论述98-101

5.1 Miner 论述98-99

5.2 超重汽车荷载疲劳效应浅析99-100

5.3 基于长期监测应变数据的超重汽车荷载疲劳效应浅析算例100-101

5.6 本章小结101-102

第六章 基于应变监测数据的局部时变可靠度浅析102-129

6.1 引言102-103

6.2 结构可靠度基本概念及影响因素103-105

6.

2.1 基本概念103-104

6.

2.2 影响因素104-105

6.

2.1 事物的随机性104

6.

2.2 事物的模糊性104

6.

2.3 事物知识的不改善性104-105

6.3 结构时变可靠度论述浅析与其在健康监测系统中的运用105-109
6.

3.1 计算桥梁可靠度的主要思想105-106

6.

3.2 抗力概率密度函数计算策略106-109

6.4 应变监测数据预处理109-110

6.5 监测数据结果统计与浅析110-123

6.

5.1 主2#墩至主3#墩跨中顶板111-113

6.

5.2 主2#墩至主3#墩跨中底板113-115

6.

5.3 主2#墩至主3#墩L/4跨截面顶板115-116

6.

5.4 主2#墩至主3#L/4跨截面底板116-118

6.

5.5 主2#墩至主3#墩根部底板118-120

6.

5.6 主2#墩至主3#墩根部顶板120-122

6.

5.7 统计数据浅析122

6.

5.8 背景桥维护最优资源分配122-123

6.6 其他主跨跨中底板时变可靠性浅析123-128

6.1 主3#墩至主4#墩跨中底板123-125

6.2 主4#墩至主5#墩跨中底板125-127

6.3 主5#墩至主6#墩跨中底板127-128

6.7 本章小结128-129

总结与展望129-131
附录1 三种混凝土收缩徐变计算数学模型公式131-134
参考文献134-148
攻读博士学位期间取得的探讨成果148-149
致谢149-150
附件150