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《武汉理工大学》 2012年
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大跨径钢桁架桥健康监测方法及技术研究

江祥林  
【摘要】:大跨径桥梁的安全运营对国家经济发展起重要作用,如何保障大跨径桥梁运营安全已成为当前乃至今后一段时期内桥梁界研究的重点方向。在桥梁结构关键部位装设传感器,让桥梁成为智能桥梁是保障桥梁结构安全最为直接、最为便捷的主动保障方式之一。国内外许多大跨径桥梁都安装了结构健康监测系统,但由于桥梁结构和测试环境限制,导致桥梁结构健康监测系统研究目前还处于理论研究和试验研究阶段,尤其是传感器优化布置、海量监测数据的分析方法、基于监测数据的结构损伤识别方法(结构安全评估方法)尚未成熟,研究处于基础性探索阶段,距离工程应用目标尚有较大差距。 本文在对部分国内外桥梁结构健康监测系统进行调研和总结的基础上,重点对结构健康监测系统的传感器优化布置方法、结构损伤识别等关键方法和技术及桥梁群结构健康监测平台实现进行研究;采用数值计算和模型试验相对比的手段对传感器优化布置方法、参数识别、损伤识别方法进行验证,最后建立了基于Web-GIS架构的桥梁群结构健康监测平台,探索并实现了桥梁群集约化结构健康监测新模式,具体研究内容有: (1)建立基于试验模型的结构健康监测系统相关关键技术的试验平台。根据薄壁结构相似理论设计大型钢桁架桥的畸变相似模型,通过模型试验和数值模拟验证了相似模型静动力特性的正确性。 (2)研究基于有效独立算法的传感器布置优化方法,根据优化目标结构的三维特性对算法进行了扩展,编制了相关传感器优化布置的程序,提供结构健康监测系统动力测试传感器布置方案。 (3)对结构损伤常用的动力参数、结构响应信号分析等算法进行了较系统的理论阐述,并采用数值模拟对多类结构损伤识别方法进行了比较研究。 (4)采用多种基于模态参数的损伤识别方法,通过九江长江大桥数值及模型试验对结构有无损伤、构件损伤位置、桥梁在运营过程中出现重载车辆对结构特性的影响等问题进行了研究;采用小波包信号分析方法,对结构单根杆件的质量、刚度变化进行实时信号分析,并通过有限元计算及模型试验进行了小波包监测在线分析方法的对比验证;同时考察了人工噪声对损伤识别效果的影响,及其测试数据不完备因素的影响。 (5)基于Web-GIS架构设计桥梁群健康监测系统平台,并将平台应用于江西省省级区域桥梁群健康监测。建立九江长江大桥健康监测系统,集成硬件系统,通过软件实现健康监测系统的数据采集、传输、处理、实时监测和结构评估功能,并将其集成到桥梁群健康监测系统软件平台。 (6)对桥梁监测系统所监测的风速、结构应变、挠度及加速度等多类结构荷载及响应数据进行了分析处理,并实现对结构状态的评估和实时安全预警;选择了某些健康监测系统的监测数据,采用现场测试手段对监测数据的正确性和系统的可靠性进行验证。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:U446

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