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原文传递中小桥梁承载安全预警及状况评估

论文题名：	中小桥梁承载安全预警及状况评估
关键词：	桥梁健康监测系统;安全预警;状况评估;预警阈值;等效荷载
摘要：	桥梁健康监测系统可以实时监测桥梁的静动态响应，对于桥梁的正常运营、健康状况评估及安全预警具有重要意义。目前，桥梁健康监测系统大多应用于大跨度桥梁，对于在中小跨径桥梁上的应用少之又少。我国中小跨径桥梁基数大，且设计年份较早、设计荷载偏低，很多中小跨径桥梁出现了不同程度的损伤。因此，建立中小跨径桥梁承载安全预警及状况评估系统非常必要。　　本文以中小桥梁群健康监测系统输出的加速度响应时程监测数据和挠度监测数据为基础，以健康监测系统的历史监测数据处理、预警及结构的状况评估为主要研究内容，以北墠大桥、佟家庄大桥为实际工程背景，提出了一种基于中小桥梁群健康监测动静态数据的中小桥梁群承载安全预警及状况评估方法。本文的具体工作和主要研究成果如下：　　(1)选取北墠大桥第7跨和第8跨、佟家庄大桥第6跨和第7跨共4座监测跨组成简单的中小桥梁群进行健康监测，依据桥梁群健康监测系统设计原则以及传感器的设置原则，设计了北墠大桥、佟家庄大桥组成的中小桥梁群健康监测系统。　　(2)分析监测系统传感器输出的历史监测数据，基于MATLAB软件平台，针对加速度时程响应数据，采用RDT处理方法、毛刺数据剔除法对加速度时程响应数据进行预处理；针对挠度数据存在的问题，利用偏移趋势项、异常值剔除方法预处理。结果表明，数据预处理方法具有较好的适用性，能够获得桥梁结构的真实振动响应和荷载响应。　　(3)基于模态参数识别方法对预处理后的桥梁测点加速度响应时程进行模态分析，根据模态识别的前三阶竖向频率和振型，结合环境激励下的模态挠度计算原理，计算获得基准监测跨桥梁（北墠大桥第7跨）模态挠度。为后续桥梁群承载安全预警及状况评估作准备。　　(4)设计北墠大桥和佟家庄大桥的健康监测系统预警体系，并以北墠大桥和佟家庄大桥实际监测数据为例，设置桥梁自振频率、主梁跨中截面实测挠度值、结构关键测点挠度校验系数、主梁振动加速度4个预警项目的多级预警阈值，验证了安全预警系统应用在实际工程中的可靠性和准确性。结果表明，设置的多级预警阈值可以较好的对自振频率、实测挠度、主梁振动加速度以及关键测点挠度校验系数进行预警。在示例时间段内，基本无数据超过设置的一级预警阈值，可见桥梁在示例时间段内结构性能无较大地改变。　　(5)依据环境激励的模态挠度计算原理，推算出基准监测跨等效荷载，利用高速公路邻近桥梁具有相同车流的特点，通过等效荷载将基准监测跨桥梁与非基准监测跨桥梁“联系”起来，将统计的桥梁群各片梁在实际车辆荷载作用下的实测挠度最大值与等效荷载作用下的理论设计挠度作比值计算，获得桥梁群中各片梁日均挠度校验系数和月均挠度校验系数，结合承载能力检算系数Z2，评估中小桥梁群的安全等级，提出一种快速评估中小桥梁群承载安全的方法。结果表明，在示例时间段内，中小桥梁群的整体承载安全等级均在较良好及以上，桥梁处于正常运营状态。
作者：	孙绪法
专业：	建筑与土木工程
导师：	亓兴军;隋严春
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东建筑大学
学位年度：	2022