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原文传递基于长期监测的索桥结构分析评价与识别

论文题名：	基于长期监测的索桥结构分析评价与识别
关键词：	索桥结构;健康监测;振动控制;索力评价;荷载识别
摘要：	大跨度桥梁的发展十分迅速，与此同时其结构运营的安全性和耐久性问题也日显突出，并受到前所未有的重视。除设计和施工阶段的技术措施外，在大多数新建的大型桥梁上都实施了运营期健康监测系统。长期监测系统为结构的运营安全性和耐久性评价提供了丰富的运营环境和结构响应数据。深入分析和充分利用桥梁监测数据，揭示结构工作状态与监测响应的内在联系，建立准确高效的评价体系，是实现健康监测目的的重要前提。在桥梁健康诊断、安全与耐久性评价等方面具有重要工程意义和科研价值。　　斜拉桥和悬索桥是现代大型桥梁的最主要桥型。缆索（斜拉索、吊索、主缆）是索桥结构中最重要的承重体系，同时斜拉索和吊索在整桥结构上具有广泛的空间分布，索力直接反映着整桥结构的受力和工作状态。因此，索力也是索桥结构长期监测系统的重要监测对象。本文以实际工程为背景，紧密结合索桥结构的主要特点，广泛采用实桥监测、数值模拟、模型试验等手段，针对基于长期监测的索桥结构分析评价与识别的相关问题进行了初步探讨。在基于监测数据建立索力评价的统计模型、斜拉索双向振动控制、基于监测索力的车辆荷载识别等问题上取得了创新性成果。主要研究内容如下: 　　(1)基于实测桥梁静动力特性对斜拉桥有限元模型进行修正。以自振频率及成桥索力为目标，采用响应曲面法及迭代优化法对主要模型参数进行修正。通过与实桥测量结果的对比，验证修正后的有限元模型的准确性。　　(2)基于长期的温度监测数据，首先建立桥址环境温度和结构温度的统计分析模型;再通过极值分析，建立温度极值分布模型，在此基础上对桥梁运营期内的基本温度取值进行分析评价。然后，探讨钢箱梁截面温差时空分布特性与极值特性;通过有限元模拟，对比实桥温差标准值与现行规范设计温差取值下的钢箱梁截面应力。　　(3)首先对实桥运营索力监测数据的主要构成成分进行分析，将温度、车辆及其他因素对运营索力的影响分离。基于统计分析建立静态索力与温度的相关模型，并构造与温度无关的标准索力。建立标准索力的统计分析模型，提出基于标准索力分布的运营索力评价基准与方法，并以实测数据为例进行索力评价试验。在此基础上，通过修正有限元模型模拟损伤工况下的静载索力。分别采用索力抽样检验及基于标准索力分布特性检验的评价方法，探讨基于监测索力的损伤预警方法的可行性。　　(4)风等动荷载的作用有时会导致拉索的大幅振动，从而降低了拉索的安全性和耐久性。针对斜拉索已有减振方法的不足，提出空间布索减振设计与套筒式减振装置两种振动控制方案。对于空间布索减振设计，推导带有索间连接的不等长平行拉索振动特征方程。提出耗能效率比作为空间布索体系的减振评价指标。通过数值模拟研究减振设计中主要参数对减振性能的影响，在此基础上使用零阶优化算法对特定拉索进行优化。对于套筒式减振装置，采用响应曲面法对主要设计参数进行优化。通过有限元模拟，对以上两类减振方案在斜拉索面内面外振动控制上的效果进行了验证。　　(5)探讨基于监测索力的车速车重自动识别方法。首先，建立车桥耦合动力分析模型。研究车辆参数及路面不平度对斜拉索动力响应的影响。开发基于实测车速车重联合分布模型的随机车流车桥耦合动力分析方法。在此基础上，通过EMD及小波分析提取车辆作用下索力响应特征，探讨基于监测索力和神经网络技术的斜拉桥车辆荷载识别方法，并采用实际监测的运营索力进行了检验。　　(6)利用现有悬索桥整桥模型试验成果，根据悬索桥结构特点，探讨基于索力、挠度和自振频率的悬索桥损伤识别方法。面向损伤识别的实用条件，通过数值模拟构造不同损伤工况下的网络学习样本，采用模型试验数据进行损伤识别检验，探讨基于BP网络悬索桥损伤识别方法。
作者：	陈一飞
专业：	道路与铁道工程
导师：	孙宗光
授予学位：	博士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文