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原文传递大跨自锚式轨道悬索桥安全监测数据挖掘与应用

论文题名：	大跨自锚式轨道悬索桥安全监测数据挖掘与应用
关键词：	自锚式悬索桥;健康监测;温度应力;风环境
摘要：	自锚式悬索桥以其结构造型美观、对地形和地质状况适应性强等优点，越发受到工程界的青睐。受外部环境和内部材料劣化的耦合影响，桥梁在长期运营过程中不可避免地发生性能退化，给桥梁管理养护造成了极大的压力。目前，桥梁健康监测系统已被广泛应用于长大跨度桥梁的运营监测中。基于监测数据，准确掌握结构运营状态，揭示结构响应与环境因素间的关系，对于保障桥梁服役安全与路网畅通具有重要的科学意义与工程实用价值。如何有效处理桥梁监测系统积累的长期监测数据，挖掘监测数据信息内涵，是桥梁健康监测亟待解决的技术难题之一。然而，目前关于自锚式悬索桥的健康监测研究还存在桥址处环境因素、结构整体响应及环境因素对整体响应的影响等规律尚不明确等问题。针对上述不足，本文依托国家自然科学基金项目“基于人工智能的桥梁监测状态识别与预测方法研究”（项目编号：51978111），以世界最大跨自锚式悬索桥为工程背景，通过理论分析、数值仿真、统计分析等手段对健康监测系统长期海量数据进行深入挖掘，分析桥址处环境温度及桥梁温度应力、桥址处风环境特性、桥梁整体响应的长期变化规律，揭示了温度场、风场对结构响应的影响机理，以期为桥梁运营管理提供依据。全文的主要研究工作和结论包括：　　（1）通过对桥址处连续1年的环境温度监测分析，获取了桥址处温度平均值、最大值、最小值和极差等统计参数，拟合了年温度概率密度曲线，并由极值理论推断出不同重现期的温度极值。结果表明，桥址处100年重现期下的的温度极值分别为44.37℃和-1.18℃。　　（2）开展了钢箱梁年温度和日照温度统计分析，对比了截面不同位置处的日照温度分布特性，对比了钢箱梁与塔顶、锚碇等其他桥梁结构的温度分布特性。在此基础上，开展了钢箱梁面的温差统计分析，分析了其横向、竖向分布特性，并针对正、负温差，分别拟合了其概率分布模型。　　（3）基于桥址处连续1年的风环境实测数据，获取了对桥址处平均风速、风向概率分布以及平均风速的概率分布等风特征参数。然后，考虑鹅公岩公路桥对轨道专用桥的气动干扰，基于计算流体动力学（CFD），给出了两桥的流场特性，研究了实测数据受干扰而失真的规律。在此基础上，获取实测数据的“干扰因子”，从而对实测结果进行修正，推算得到桥址处基本风速。　　（4）基于静力水准仪和GNSS变形监测系统的监测数据，获取了桥塔及跨中顺桥向、横桥向、纵向位移的统计特性。针对受风速影响较大的主梁跨中，采用线性回归模型分析了横桥向位移与风速的相关性，发现二者存在明显的正相关性。同时，采用线性回归模型分析了主梁跨中竖桥向位移与气温的相关性，发现二者存在明显的负相关性。
作者：	黄春翔
专业：	土木工程;建筑与土木工程
导师：	周建庭
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022