大跨斜拉桥断索危险性理论分析及健康监测方法研究

【摘要】：20世纪以来国内外桥梁工程建设取得了突破性的成就,桥梁建设正向着规模的大型化、形式的轻柔化、功能的复杂化发展。大型桥梁是一个国家的经济命脉,它们的巨大投资及在国民经济中的重要作用,使得大跨桥梁的安全性、耐久性和正常使用功能也越来越受到重视,桥梁结构的安全问题一直都被学术界和工程界高度重视。随着科学技术的飞速发展,在现代桥梁工程领域中有关大型桥梁的健康监测、安全评估以及寿命预测等问题已经成为当前桥梁工程界的研究热点。结合信息技术和力学理论的桥梁结构健康监测技术,由于能实时在线诊断桥梁结构的早期故障、及时发现桥梁结构的事故先兆,成为了替代传统的桥梁现场人工荷载试验方法的一个理想于段。迄今为止,桥梁结构健康监测技术都围绕信息获取与安全评价两个关键环节开展研究,并取得了一些进展。但桥梁工程涉及众多学科,结构健康监测复杂,有许多关键的理论及方法还处于探索中。本文以国内外桥梁监测及评估的理论和技术为基础,根据斜拉桥的结构特点及发展需要,建立某桥梁结构健康监测与评估管理系统,对大跨度斜拉桥健康监测系统涉及到的若干方法及问题进行了卓有成效的研究。其完成的主要工作及创新点如下： 1、融合现场检测、原位监测等成果,构建了多项目多测点的原位监测的健康诊断体系：构建基于积分概念、遗传模拟退火算法、偏最小二乘法等的因果分析模型及最优权线性组合因果分析模型和小波神经网络的非线性组合因果分析模型。 2、对斜拉桥进行了断索危险性理论分析。应用大型空间有限元软件MIDAS建立仿真分析空间计算模型,利用数值模拟了多种断索损伤情况,研究不同拉索断裂情况对斜拉桥结构受力性能的影响。分析结果明确了结构对不同位置拉索断裂的敏感性,可以作为结构健康监测中监测内容选取以及传感器布设的参考依据。 3、依据实用性以及可靠性的原则,确定了大跨斜拉桥结构健康监测系统的监测项目,包括各种传感器的布置、数据的采集及分析、监测数据的存储和管理等问题。完成了某特大桥健康监测系统的设计,具体实现了斜拉索索力监测子系统、主梁振动监测子系统、应力应变监测子系统,为大型桥梁健康监测建立了一个示范样板。 4、探索大型桥梁结构状态综合评估方法：研究利用监测数据进行桥梁结构状态综合评估的新方法,在吸收及采用已有成果基本思想的基础上,结合国内外桥梁评估领域及其他相关领域的最新研究,构建重大桥梁结构健康诊断标准和准则的综合分析理论和方法,拟定桥梁结构关键部位的变形监测量等的多级预警控制值。 本文的研究工作为大型桥梁结构健康监测与评估管理系统的建立提供了一套实用、有效地解决方案,必定会为健康监测系统的进一步发展应用提供更加丰富的理论成果。