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大跨度斜拉桥健康监测系统研究与应用
| 论文题名： | 大跨度斜拉桥健康监测系统研究与应用 |
| 关键词： | 斜拉桥;健康监测;模型修正;碳纤维复合材料;参数识别 |
| 摘要： | 本文系统研究大跨度斜拉桥结构健康监测系统的设计与实现方法，以及基于健康监测系统的结构作用、响应及性能分析方法，并开展工程应用研究。 本文首先针对桥梁结构裂缝损伤的普遍性和严重性，利用碳纤维材料良好的本征性和智能感知特性，发展桥梁结构裂缝监测碳纤维传感器。为此，通过试验，系统研究无胶基和环氧树脂基碳纤维复合材料的力电特性，针对碳纤维复合材料力电特性的特点，研制桥梁结构大应变裂缝监测元件——碳纤维传感器，建立碳纤维传感器设计方法。 本文研究建立大跨度斜拉桥结构健康监测系统设计与实现方法；针对大跨度斜拉桥结构健康监测系统的传感器的特点，研究大跨度斜拉桥结构健康监测系统的数据采集方案和系统，编制开发多种传感器的数据采集软件；研究大跨度斜拉桥结构健康监测系统数据管理子系统的结构和功能，开发建立基于网络的数据管理系统；研究健康监测系统的集成技术。采用上述研究成果，设计、实施并运行山东滨州黄河公路大桥健康监测系统，验证本文建立的大跨度斜拉桥结构健康监测系统设计方法与实现技术的合理性和可行性。研究了基于健康监测系统的大跨度斜拉桥结构作用、响应和性能分析方法，包括风荷载特性统计方法，斜拉桥结构模态参数识别方法，斜拉桥结构静动力响应分析方法；基于山东滨州黄河公路大桥健康监测系统采集的数据，统计建立桥位处的风荷载，分析识别山东滨州黄河公路大桥的多阶自振频率，分析山东滨州黄河公路大桥在成桥静动力试验和运营服役阶段的静动力响应及其特点与水平。 针对目前模型修正技术不能很好地解决大跨度斜拉桥结构有限元模型修正中结构自由度数多、监测信息少的问题，首先研究了大跨度斜拉桥结构桥塔和斜拉索的模态独立特征，提出了大跨度斜拉桥模态子结构模型修正方法；采用大跨度斜拉桥模态子结构模型修正方法，基于特征值灵敏度，分别修正了山东滨州黄河公路大桥的中塔、斜拉索和桥面系的结构参数，建立了山东滨州黄河公路大桥修正有限元模型；通过成桥静力加载试验实测值和计算值的比较，验证了修正有限元模型的精度；采用修正有限元模型，对山东滨州黄河公路大桥在设计荷载下的反应进行了计算分析，研究了基于斜拉索破坏失效模式和主梁失效模式的桥梁极限承载力，为该桥的安全预警提供了科学依据。最后，以山东滨州黄河公路大桥为例，初步建立大跨度斜拉桥结构健康监测的Benchmark标准验证模型。 |
| 作者： | 周文松 |
| 专业： | 防灾减灾工程与防护工程 |
| 导师： | 李惠 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2005 |
| 正文语种： | 中文 |
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