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基于健康监测数据分析的铁路钢桥损伤预警研究
| 论文题名： | 基于健康监测数据分析的铁路钢桥损伤预警研究 |
| 关键词： | 铁路钢桥;健康监测;损伤预警;域变换特征;时间序列相似度;距离函数 |
| 摘要： | 随着铁路尤其是高速铁路的快速发展，桥梁建设取得了世界瞩目的发展成就。然而，由于桥梁跨度的逐步增大，结构形式日渐复杂，不确定因素的影响，以及结构超期、超限服役、疲劳、腐蚀、以及危害性事件如突发性地震、车船碰撞等的发生，桥梁结构安全事故频发，桥梁健康监测系统能及时发现损伤发生并在第一时间预警成为必要。为保障桥梁结构的安全，实时了解掌握桥梁的健康状态，避免安全事故的发生，国内外很多桥梁已经安装桥梁健康监测系统，但是基于监测数据处理的损伤预警方法研究较少，探讨研究并完善桥梁结构损伤预警方法对桥梁健康监测系统的发展有着重要的意义。 本文基于实际铁路钢桥健康监测系统工程背景，围绕损伤预警方法，开展了基于域变换特征表示的时间序列相似度距离函数指标损伤预警和基于ARMA模型AR系数的损伤预警研究。主要研究内容和结论如下: (1)结合桥梁健康监测数据的特征，总结了监测数据预处理流程，研究了遗漏数据、异常数据、趋势项和噪声数据处理方法，选取了适合本文的处理准则与方法，编写程序实现处理过程，验证方法有效性，根据桥梁健康监测数据，分析了列车行车安全性，基于频率指标评估了桥梁状态。 (2)研究总结了时间序列相似性度量方法和振动信号域变换分频理论，基于振动信号域变换分频对原始监测时间序列数据进行域变换的特征表示，提出以距离函数度量相似性的损伤预警指标，包括皮尔逊相关系数、余弦相似度和欧式距离，数值模拟下承式简支钢桁梁不同程度损伤工况下移动荷载作用响应，使用距离函数开展损伤预警，验证了距离函数作为预警指标的有效性。 (3)基于单线简支钢桁梁桥和多线连续钢桁拱桥的健康监测系统，总结测点布设特点，选取合适的测点及工况，开展基于域变换特征表示的时间序列相似度距离函数指标的损伤预警，预警结果表明距离函数指标用于实测数据分析开展损伤预警是切实可行的，总结了预警阈值选取方法，选取了距离函数损伤预警阈值。 (4)通过编写程序建立了监测系统加速度数据的时域ARMA模型，验证了模型的重构性和预测性，分析了不同加速度数据模型系数的规律，数值模拟验证了模型系数对损伤的敏感性，结果表明:模型前三阶AR系数能很好表征结构固有特性，且对损伤较为敏感。提出了基于AR系数的损伤预警指标，通过数值模型验证其有效性，总结了实测数据预警流程，并以健康监测系统数据为基础，对实际桥梁开展损伤预警。 |
| 作者： | 王小勇 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 张楠 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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