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原文传递基于分布式长标距应变传感的桥梁动态性能监测和损伤识方法研究

论文题名：	基于分布式长标距应变传感的桥梁动态性能监测和损伤识方法研究
关键词：	分布式长标距应变传感;损伤识别;桥梁结构;动态性能监测;车桥耦合作用
摘要：	本文主要研究了移动车辆荷载下基于分布式应变传感技术的桥梁动态性能监测和损伤识别方法。移动车辆荷载通过桥梁时，车和桥的往往是相互作用，同时还要考虑路面不同和车辆的不同参数（车速、车重和车轴数等）的影响;分布式长标距应变传感技术利用了光纤光栅传感器实现了区域传感，可用于大型土木结构尤其是桥梁结构的局部损伤监测，分布式长标距应变传感技术既克服了传统“点”式传感过于局部的缺点，同时克服了传统位移传感和加速度传感过于宏观的缺点，集结构的局部信息和整体信息于一体，且具备了动静态测试的特点。本文将两者特点结合，移动车辆荷载下基于分布式长标距应变传感技术的桥梁损伤识别方法和动态性能监测是本文研究的主要内容。　　通过查阅大量文献，分别对移动车辆荷载桥梁损伤识别的方法研究现状;基于信号处理的移动荷载下桥梁损伤识别研究和光纤光栅传感技术在桥梁损伤识别中应用做了调研。通过广泛调研和学习后，本文重点研究了移动车辆荷载下分布式长标距应变传感技术下的桥梁损伤识别和动态性能监测的方法。本文的主要研究内容有: 　　(1)设计并建立了1∶10的车桥耦合损伤识别试验平台。　　为了能在实验室模拟车桥耦合相互作用，按照动力相似比理论设计了桥梁和车辆的缩尺模型;在模型的建造过程中计算了模型桥的各个参数的比例尺;详细介绍了整个模型试验平台建设的重要细节及注意事项，为以后相关的模型试验提供借鉴。　　(2)提出了移动车辆荷载下基于分布式长标距应变影响包络线的桥梁损伤识别方法。　　本文研究了车辆通过桥梁时桥梁的应变影响线变化规律，将应变影响线和分布式长标距应变传感技术相结合提出了移动荷载下基于分布式长标距应变影响包络线的桥梁损伤识别方法，此方法利用经验模态分解法(EMD)提取出监测跨的长标距应变影响线。由于长标距应变影响包络线和桥梁的单元刚度直接相关，提出了以长标距应变影响系数作为损伤指标的评价方法，该指标能够很好的反映出桥梁沿桥梁跨度的刚度分布情况，找出潜在的刚度退化区域，为桥梁的管理养护提供可靠依据。　　(3)研究了移动车辆荷载下基于分布式光纤传感器的桥梁刚度监测和损伤识别方法　　本文针对高速公路桥，研究了移动荷载下基于分布式光纤传感器的桥梁刚度监测和损伤识别方法。首先研究了移动车辆荷载下桥梁单元刚度和长标距应变时程面积之间的关系，并且利用分布式长标距应变时程面积计算出桥梁单元刚度系数分布状况，从而利用其进行损伤识别研究。并在缩尺车桥模型试验系统并进行了试验验证。试验工况设计与第三章中的试验工况是相同的。结果表明:利用本文中的方法可以得到桥梁单元刚度的变化情况，从而评估桥梁的承载力状况。同时，利用分布式长标距应变时程面积可以很好的进行损伤定位和损伤定量和单元刚度评估。　　(4)提出了移动车辆荷载下基于分布式长标距应变传感技术的连续梁桥的损伤识别方法。　　本文研究了连续梁桥的长标距应变影响理论，根据长标距应变影响线的分布特点，研究了长标距应变时程面积的分布规律;根据连续梁桥的应变时程分布规律提出了应变时程面积为损伤识别的损伤识别方法，利用数值模拟的方法研究车辆参数（车速、车重和车轴数）对损伤识别方法的影响。该方法在不影响正常交通的情况下，只需要单车过桥的长标距应变时程数据，就可以对监测跨进行损伤识别，该方法同样也可以对高速公路桥进行长期的监测。以应变时程面积分布为损伤指标的识别方法，也能很好的反映出桥梁沿桥梁跨度的刚度分布情况，操作时只需要传感器中心坐标和应变时程包围的面积。　　(5)研究了移动车辆荷载下基于分布式长标距应变传感监测技术的超大跨桥梁的动态性能监测方法。　　选取苏通大桥连续刚构桥为工程背景。利用分布式长标距应变传感技术对大跨连续刚构桥的监测方法展开了研究。建立了两种不同类别的有限元模型，一种是简化梁单元模型和一种精细化模型，梁单元模型主要为了模态分析得出桥梁的基频，确定第一阶竖弯频率的大致范围;精细化模型是为了研究不同荷载条件中跨腹板和底板的最大应变分布范围，从而确定传感器的监测区域，优化传感器的数量。本文详细介绍了整个监测系统的施工工艺，包括施工前的准备工作，施工过程中的传感器定位，传感器粘贴，传感器保护，后期美化等工艺;介绍了施工过程中遇到的难题和解决方法，为以后类似的桥梁监测工程提供工程经验。最后得到了大跨刚构桥的长标距应变模态。
作者：	吴必涛
专业：	土木工程；结构工程
导师：	吴刚
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文