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原文传递基于桥梁监测数据的结构性能三层次评估方法

论文题名：	基于桥梁监测数据的结构性能三层次评估方法
关键词：	桥梁结构;性能评估;传感技术;模态参数识别理论;监测数据
摘要：	世界各国都拥有巨大体量的基础设施工程结构，维护管理经费的不足使得工程结构安全、耐久与健康问题愈加严重。如何能够有效的对工程结构进行性能评估，从而正确完善的维护管理工程结构是业界难题。本文以桥梁结构为主体，通过综述世界各国关于桥梁性能评估的规范操作方法，从传感技术、模态参数识别理论两个层面思考如何能够更好的进行结构性能评估，并提出基于桥梁监测数据的三层次性能评估方法。其主要内容以及创新点主要有以下几个：　　(1)介绍了长标距应变传感技术。良好的数据来源是结构性能评估的大前提，结构健康监测技术发展若干年来，所出现的纷繁多样的传感技术都因为各种局限性，使得所测量数据很难用于准确的性能评估。在本文中提出基于长标距应变的分布区域传感技术，通过有限元分析，将桥梁结构划分为重点区域和非重点区域来布置传感器，兼顾了全结构性能参数识别的同时也减少了不必要的传感器浪费，长标距应变技术也实现了宏微观结构参量的准确测量。并在论文中对常规结构布设、安装、采集、存储等做了相关规定，保障后续结构性能评估拥有稳定的数据来源。　　(2)丰富了长标距应变模态分析理论。结构模态参数一直以来都是我们了解结构性能状况最为直接的方式，如何从采集的数据中准确的识别结构的模态参数一直是难点。本文中，通过扩展传统位移模态参数识别理论，丰富完善了长标距应变模态分析理论。在实现识别结构基本参数（频率、阻尼、振型）的基础上，了解了应变频晌函数矩阵中包含更多结构信息，以次实现了更深层次参数结构应变柔度的识别，为结构性能评估奠定了良好的理论基础。　　(3)提出了质量未知条件下的应变柔度识别方法。文中研究了应变频响函数与应变柔度之间的关系，发现应变频响函数在频率为零处等于结构的应变柔度系数，分别从实模态和复模态频响函数中推导应变柔度计算公式，实模态下需要知道结构质量归一化的应变振型，复模态下需要知道模态缩放系数。采用PolyMAX法，可以在未知质量情况下，直接实现对测量的应变频响函数进行参数识别，对于工程实践具有重要意义。同时针对传统方法难以识别密集模态这一挑战性问题，提出了窄频带内的参数识别法，大幅减少计算时间还能获得更为精确的结果。为结构性能评估提供了深层次参数识别的理论基础。　　(4)提出了三层次性能评估方法。世界各国桥梁性能评估规范中，均以人工检测辅助一定自动化检测装备进行性能评估，受人工主观意识影响较大，同时检测过程很难得到连续的监测，对于结构动态变化了解甚少。在此基础上，创新性的提出三层次性能评估方法，依托长标距传感技术以及长标距应变模态理论，对监测数据由浅及深，层层推进，挖掘数据中的有效结构信息。通过第一层次数据预处理及性能报警，去除错误数据，修复异常数据，并发现结构异常状况;通过第二层次在较高质量的数据中进行深层次参数识别，损伤识别，进而进行性能评估;第三层次提炼第二层次性能评估结果进行历史数据累积，进行结构剩余寿命预测。并将该过程与传统性能评估规范进行结合，旨在推动健康监测数据真正融入结构性能评估过程中，从而实现智能化监测和动态评估。
作者：	许德旺
专业：	土木工程
导师：	张建
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文