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大跨度斜拉桥运营期性能监测与评估

赵虎  
【摘要】:为研究大跨度斜拉桥运营期的性能监测与评估方法,建立稳定高效的健康监测系统,在总结以往斜拉桥健康监测所存在的问题基础上,对以下几个方面的工作进行了研究:1、针对斜拉桥上传感器布设总类多、数量大的特点,对其网络系统的拓扑结构进行了优化研究,通过总线技术的应用,将传感系统设定成一种现场总线网络结构结合星型网络结构的综合体系,并对斜拉桥整体基于总线型光纤传感网络的布置方案进行了研究,特别对采用总线技术的结构优化方案以及系统监测信息的无线传输方案进行了研究。2、分析了斜拉桥非线性振动的特征,对拉索的非线性振动进行了参数分析,并对其非线性内共振,参数振动及涡振进行了理论分析和计算。基于分析结果,提出了对拉索系统整体涡振安定性(cable system vortex-induced vibration stability, CSVVS)的评价方法,并基于风环境监测信息及索频信息对拉索的运营状态进行整体评估同时对潜在运营风险进行预测。3、采用雨流计数分析手段,在既有数据分析软件的基础上,对结构及构件的疲劳载荷谱进行统计分析,并基于统计结果对疲劳进行评估;同时给出了基于少量测试数据的拟合分析方法。分析指出当测试数据完备时应首先使用统计分析法,以避免拟合分析法遗漏孤立幅值带来分析误差。在Maple平台上编写了经过改进的雨流计数分析程序,并通过一组模拟数据的人工作图分析验证了该算法的有效性。4、分析认为拉索系统的锈蚀是影响结构耐久性及安全性的重要因素,由于目前对拉索系统的锈蚀监测还处于初级阶段,文中基于对各种监测方法的分析总结,提出了锚具视频监测结合索体端部声发射监测,并索体中段自爬升磁漏监测的综合监测方案。5、鉴于CWT计算效率的问题,对CWT进行了离散化研究。由于目前DWT多采用重复计算多次离散点积的特点,文中提出了带平移参数b的算法,并在通用数学分析软件Maple的基础上编写了带参数的DWT算法。以所建立的斜拉桥模型在选定的时程荷载条件下对DWT应用于时域测试的损伤分析进行了验证,结果表明DWT继承了CWT的所有优点,且该方法可以有效识别出时程数据中所包含的结构损伤相关信息,同时在计算效率上与传统方法相比得到了显著改善。6、鉴于斜拉桥失效形式多样,本文对其中几种典型的失效模式进行了研究,指出基于拉索应力失效、主梁挠度及应力失效是斜拉桥最基本的失效模式。并利用蒙特卡洛随机抽样结合多参数响应面分析的综合算法,对结构整体可靠性能进行分析。


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