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基于监测数据的桥梁荷载与环境作用统计分析与模拟研究
| 论文题名： | 基于监测数据的桥梁荷载与环境作用统计分析与模拟研究 |
| 关键词： | 桥梁结构;健康监测;随机车载;风荷载;温度作用 |
| 摘要： | 桥梁结构在长达几十年乃至上百年的使用过程中，在随机车载、风荷载和温度荷载的共同作用下，桥梁结构会受到反复加卸载，逐渐产生累计损伤，导致结构构件疲劳破坏，影响桥梁结构的使用和安全性能，严重情况甚至会引起坍塌和失效。通过对桥梁环境及荷载作用长期监测数据的统计研究，获得桥梁运营期间的实际荷载作用特征，对桥梁结构的设计和安全监测、评估有重要意义。本文基于桥梁结构健康监测系统长期监测数据，对桥梁荷载与环境作用特征进行分析与模拟研究，主要研究如下： （1）基于随机车载监测数据，提出了考虑区分车流运行状态的桥梁车载统计分析及模拟方法，基于两步聚类法，根据各时段实际车流量、车重、车间距和车速情况实现不同车流运行状态的自动划分，能够避免主观因素，具有一定的普适性；针对不同随机车载运行状态，引入单峰和多峰分布概率模型，对车重、车速、车间距等随机车载统计参数分别进行自动化概率拟合，从而获得最优概率分布模型；进而介绍不同车流运行状态下的随机车流模拟流程。最后，基于MATLAB平台编制随机车载参数分析及模拟软件，实现对桥梁随机车载的自动化分析和模拟。根据实例分析可以发现，两种运行状态下的车间距、车速和车重分布均有明显不同。 （2）基于风场监测数据对描述桥梁风场特性的指标和风场模拟方法进行总结对比，并根据案例桥梁实测的风向风速监测数据进行风特性分析与风场模拟。最后，基于MATLAB平台编制风场参数分析及模拟自动化软件，可以实现风特性各参数统计分析自动化，风玫瑰图、风向风速联合分布和脉动风特性指标分析的自动化分析，以及对风场的模拟重构，对后续桥梁动力响应研究、疲劳分析等具有重要意义。通过实例分析可以发现，紊流强度与平均风速和阵风因子均有较强相关性。 （3）基于桥址区温度监测数据对结构温度与温度梯度作用特征进行统计分析，根据实测数据研究了一年内顶板、腹板和底板的温度场变化特征，分析了箱梁内外温度变化差异、温度梯度变化趋势，以及温度作用与环境参数的相关性，并对桥梁结构温度作用代表值进行了评估。最后，编制温度荷载数据特征分析与代表值评估软件，实现对基于桥梁温度监测数据的自动化分析和代表值评估。通过实例分析可以发现，截面竖向顶板与底板之间存在较大温度梯度，箱梁内部与箱梁外部测点结构温度有较长时间的时滞，顺桥向结构温差变化不大可以忽略不计，结构温度与环境温度有极强的线性相关性。 |
| 作者： | 管泽鑫 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 杨东辉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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