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原文传递面向桥梁BIM运维的健康监测技术研究

论文题名：	面向桥梁BIM运维的健康监测技术研究
关键词：	桥梁健康监测;损伤识别;动挠度识别;AFDD;BIM技术
摘要：	进入21世纪后随着我国经济迅速发展，我国在桥梁工程领域取得了一系列成就，桥梁结构的健康监测也逐渐成为桥梁工程中备受关注的问题。长期以来我国的桥梁健康监测技术还不够完善，缺乏较为先进的技术手段，且监测结果的信息化程度低，难以反映结构实时的安全状况。近年来，建筑信息模型（BuildingInformationModeling，BIM）技术在桥梁工程领域得到了广泛应用，将BIM技术与桥梁健康监测技术结合能够有效地解决监测过程中存在的一系列问题。为此本文对桥梁健康健康监测技术进行了一定的研究，并将其与BIM结合，使桥梁健康监测技术能够面向BIM运维管理。本文具体对以下几个方面进行了讨论及研究：　　（1）结合长标距应变模态理论与结构模态识别理论，通过自动频域分解法（AFDD）对结构的长标距应变时程响应进行模态识别数值模拟分析，并将其与常规的快速傅里叶变换（FFT）的分析结果进行对比。讨论了AFDD与FFT在密集模态结构的识别效果以及噪声环境下的识别效果，通过有限元模型分析验证了AFDD对于较密集模态的识别以及噪声环境下识别的优越性。通过工字钢模态识别试验验证了AFDD在噪声环境下与FFT相比能够获得更好的模态数据，从而阐述了AFDD对于模态识别的优越性。　　（2）基于多种损伤指标进行了结构损伤识别的数值模拟分析，对简支梁模型建立4种损伤工况，采用AFDD获得结构的长标距应变模态数据后计算了曲率模态差、曲率模态方差、模态应变能、模态柔度曲率、增强应变模态指标以及MMSV六种损伤识别指标的识别结果，并对不同采集模态阶数以及不同噪声环境下的识别结果进行了分析。同时将结构的长标距应变响应与加速度、点应变响应获得的模态数据进行了对比分析，说明了长标距应变传感的优越性。通过对一工字钢梁进行结构损伤识别试验验证，用力锤施加冲击荷载得到长标距FBG传感器及加速度传感器的响应代入AFDD计算，并对不同工况代入不同损伤指标进行分析，验证了AFDD获得的长标距应变模态数据能够对结构进行损伤识别，同时通过试验验证了长标距FBG传感器相较于加速度传感器的优越性。　　（3）通过共轭梁原理将AFDD求得的长标距应变模态转化为位移模态，再通过模态矩阵法代入应变时程、应变模态以及位移模态数据得到结构的动位移响应，并对不同采集模态阶数下和不同噪声环境下的结构动位移识别精度进行了对比分析以，结果表明在一定阶数范围内计算得到的动位移精度随着采集的模态阶数增加而提高，且模态矩阵法在一定噪声环境下也能够识别出较高精度的结构动位移响应。此外，通过一简支梁有限元模型进行动位移分析验证了结构在裂缝状态下长标距应变响应计算得到的结构动位移与点应变得到的动位移相比具有更高的精度。　　（4）将桥梁健康监测技术与BIM运维管理相结合，以琅岐闽江大桥为工程背景采用AutodeskInventor对其进行建模，并以该桥亭江侧引桥为例将结构损伤识别以及结构动位移识别通过BIM进行可视化展示，通过不同颜色的桥面表示梁桥结构受到的不同程度的损伤，并通过BIM窗口将结构在车辆荷载下沿全桥的动位移分布进行了展示。此外对亭江侧引桥部分进行了传感器优化布置讨论，并将优化布置得到的监测结果与传感器满布时进行对比分析，通过BIM窗口将对比结果进行展示，讨论了如何在保证监测精度的同时提高其经济性。
作者：	郑义明
专业：	土木工程;结构工程
导师：	万春风
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2021