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原文传递大跨斜拉桥健康状态评估方法及其应用

论文题名：	大跨斜拉桥健康状态评估方法及其应用
关键词：	大跨斜拉桥;健康状态;结构监测;安全评估;有限元模拟
摘要：	大跨桥梁结构的健康监测与安全评估是目前国内外学术界与工程界的热点研究领域。大跨桥梁在服役载荷作用下的结构响应与状态分析是极其复杂的,单纯利用结构健康监测信息难以达到桥梁结构状态识别的目标。因此,需要建立与修正桥梁结构的有限元模型,用以准确地模拟桥梁结构的行为与工作状态,在此基础上将有限元正演分析与信号反演识别相结合,从而实现对人跨桥梁的日常工作状况以及各种灾害对结构的影响进行评估。本文以苏通大桥斜拉桥为研究对象,围绕结构健康监测与安全评估这个主题,系统建立了大跨斜拉桥健康状态评估方法。本文的主要工作与成果如下: 　　 1、系统研究面向结构安全评估的苏通大桥斜拉桥基准有限元模拟方法。详细讨论以结构损伤诊断与状态评估为目标的苏通大桥斜拉桥有限元模拟的策略与方案,并采用有限元模型误差的分阶段修正方法建立苏通大桥斜拉桥的基准有限元模型。分析结果表明,苏通大桥斜拉桥有限元模型的计算结果与实桥测试结果吻合良好,从而为苏通大桥斜拉桥的损伤诊断与状态评估以及各类复杂动力响应分析等提供可靠的结构描述与分析依据。　　 2、设计、制作了苏通大桥试验模型并开展了详细的动态测试,提出了基于Morlet小波变换理论的模态参数识别改进方法。为了建立“环境条件归一化”的结构损伤预警方法,以苏通大桥2008年至2009年240天的模态频率、小波包能量谱与温度的实测数据进行了季节了相关性分析,分析结果表明,苏通大桥斜拉桥模态频率、小波包能量谱与温度具有明显的季节相关性,采用六次多项式对模态频率、小波包能量谱与温度的季节相关性进行统计建模,并采用均值控制图法对模态频率和小波包能量谱的异常变化进行了统计模式识别。　　 3、研究了根据频率识别斜拉桥索力的方法,分别考虑索垂度和抗弯刚度的影响,基于能量法原理,在支座条件已知的情况下,采用拟合方法构造了识别索力的显示公式。针对支座条件未知的情况,以等效支座刚度系数a、b代替缆索的支座刚度作为神经网络的输出向量,训练并使用神经网络米识别索力及其支座刚度,结果表明该方法用于识别索力是可行的。　　 4、采用最大熵谱分析方法识别了苏通人桥拉索的自振频率。利用拉索动力测试的结果,对运营前后斜拉桥拉索频率识别的环境变异性进行了分析。在此基础上提出一种基于模糊模式识别的拉索异常状态预警方法,该方法能够直观学握拉索频率和车流量的变化,并及时地对拉索的异常状态进行顶警。　　 5、研究了基于改进响应面法的大跨斜拉桥可靠度评估方法。通过引入渐近迭代步长序列改善响应面迭代的非线性性质,使得响应面迭代算法在计算稳定性和精度上均有明显的提高。以苏通大桥为工程背景,运用改进响应面法对车辆荷载作用下大跨斜拉桥的可靠度进行了研究。结果表明所提出的可靠度计算方法适合用于大跨斜拉桥的可靠度评估。
作者：	姚晓征
专业：	防灾减灾工程及防护工程
导师：	李爱群
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文