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基于GNSS的桥梁结构模态识别与安全评估
| 论文题名： | 基于GNSS的桥梁结构模态识别与安全评估 |
| 关键词： | 全球导航卫星系统;钢管混凝土拱桥;模态参数识别;在线安全评估 |
| 摘要： | 全球导航卫星系统(GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS)作为桥梁结构整体响应监测手段之一，随着技术提升日益受到人们重视。近年来，我国北斗卫星导航系统组网成功及北斗卫星的推广使用，为其应用于桥梁结构动态监测及安全评估领域奠定了基础。本文以主跨150m的下承式钢管混凝土拱桥—深圳北站大桥作为工程背景，尝试建立基于GNSS的桥梁结构模态参数识别与安全评估方法。本文主要工作如下： （1）开展深圳北站大桥环境振动试验及索力测量，结合设计图纸，建立深圳北站大桥初始有限元模型。 （2）设计并安装深圳北站大桥健康监测系统，一套为北斗位移监测系统，另一套为常规加速度、索力、温度等动态监测系统。 （3）探索基于小波变换的随机子空间模态参数识别方法。通过小波变换实现GNSS信号分频段及阈值降噪，采用随机子空间模态参数识别方法生成稳定图，实现基于GNSS信号的模态参数识别，与加速度信号识别结果进行对比。 （4）建立深圳北站大桥区间响应面模型，引入仿射算法修正区间中值及区间长度，以GNSS监测数据识别区间为基准进行区间响应面模型修正，对有限元模型参数不确定性进行量化。 （5）依托深圳北站大桥健康监测系统，选取模态频率、动位移、索力作为安全评估指标，根据不确定型层次分析法、数据完整度及博弈论方法确定指标权重，建立钢管混凝土拱桥在线安全评估方法。 主要结论如下： （1）主跨150m的下承式钢管混凝土拱桥—深圳北站大桥基本特性如下：横向基频0.350Hz，竖向基频0.705Hz，扭转基频1.430Hz，纵向基频3.807Hz，且索力分布相对均匀。 （2）提出了一种基于小波变换的随机子空间模态参数识别方法，并自编相关程序完成算法实现。数值算例及实桥数据分析结果表明：该方法可实现信号分频段，有效滤除白噪声及有色噪声，识别出多阶模态参数，与加速度信号识别结果具有相当精度，可用于强噪声GNSS信号模态参数识别。 （3）提出了一种基于仿射算法的区间响应面模型修正方法，深圳北站大桥有限元模型修正结果表明：修正后频率区间与北斗信号识别区间误差在5%以内，实现了复杂服役环境下钢管混凝土拱桥参数不确定性量化。 （4）基于深圳北站大桥健康监测系统数据，建立了钢管混凝土拱桥在线安全评估方法。采用多日内数据对深圳北站大桥进行安全评估，其综合评分均在80分以上，表明深圳北站大桥总体运营状态较好。 |
| 作者： | 吴睿 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 宗周红;张建东 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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