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基于多源监测数据的大跨悬索桥模型修正及动态预警研究
| 论文题名： | 基于多源监测数据的大跨悬索桥模型修正及动态预警研究 |
| 关键词： | 大跨悬索桥;多源数据;模型修正;温度效应;动态预警;施工监控 |
| 摘要： | 为保证大跨悬索桥的运营和结构安全，采用科学合理的方法对桥梁结构进行健康监测是极为必要的。现阶段，桥梁健康监测系统具有参数实测数据量大、类型多、预警阈值设置不甚合理的特点，如何展开多源数据融合和特征分析、科学合理的设定健康监测预警阈值也是迫在眉睫的。本文以重庆江津白沙长江大桥为依托工程，在多源监测数据的背景下，充分利用有效数据，对桥梁初始有限元模型进行修正，并对监测得到的时间序列数据进行深度挖掘从而设定科学合理的健康监测预警体系。本文主要工作内容和成果如下： （1）以在桥梁施工监控和成桥荷载试验获取的多源数据为基础并结合大跨悬索桥施工流程和结构特点，提出了一种基于多源监测数据和响应面法的大跨悬索桥有限元模型分步修正方法，对大跨悬索桥桥塔、主缆及吊杆系统和加劲梁系统进行有限元模型修正，从而获取能够模拟桥梁真实结构状态的基准有限元模型，有效改善了有限元模型修正方法在优化过程中计算量大、求解时间长等问题。 （2）针对健康监测系统所采集的原始数据存在部分异常等问题，对比研究了异常数据剔除、缺失数据插补和噪声数据平滑等常用处理方法的特性及适用范围，得出3?x准则、牛顿插值函数和五点三次平滑法针对异常数据剔除、插补和平滑处理等方面控制效果较好，为健康监测原始数据预处理提供新的解决思路。 （3）通过分析大跨悬索桥监测数据特性和结构特征，阐明了结构响应与温度作用之间的相关关系，发现二者呈良好的线性相关关系；分析监测数据的构成，并引入两种温度效应分离的方法进行温度效应分离，对比发现经验模态分解法（EMD）分解相较于线性回归分离具有更好的效果，其中温度效应作为趋势项，影响着结构响应值的走向，活载效应影响响应幅值。 （4）针对大跨悬索桥结构受力特点和各监测参数实测数据特性确定有效的预警指标，并通过有限元数值模拟计算及健康监测数据实测统计值设置了合理的预警阈值，确保健康监测系统能够准确和及时的报警，并实现了多指标、多层次的桥梁安全预警功能，为今后同类桥梁预警阈值设置提供参考。 （5）基于时间序列分析理论并结合健康监测系统原始监测数据，构建了自回归滑动平均模型（ARMA）模型，获取健康监测系统未来50次采集的趋势预测结果；根据上述预测结果与监测阈值的比较程度，建立了不同级别的报警响应，实现了在桥梁结构损伤出现之前的动态预报警功能，从而达到对传统静态预警方式的有效补充。 |
| 作者： | 秦豪 |
| 专业： | 土木工程;桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 包立新;张雪松 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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