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芜湖长江公路二桥健康监测系统设计与预警阈值研究

高翔宇  
【摘要】:桥梁是公路、铁路运输上的关键设施,也是城市交通网络中的关键节点。随着桥梁分析理论、施工技术、材料性能的迅速发展,桥梁跨度越来越大,结构越来越柔,不仅要求精确严密的计算与施工技术,而且对桥梁建成后的安全运营提出了更高的要求。采用科学合理的手段对已建成或在建桥梁进行监测和评估来保障桥梁的安全已成为工程从业人员的共识。芜湖长江公路二桥为主跨806米的分肢柱式塔全漂浮四索面分离式钢箱梁斜拉桥,在同类斜拉桥中处于世界前列。本文针对芜湖长江公路二桥的健康监测系统展开研究,重点讨论芜湖长江公路二桥健康监测系统构架、基于有限元分析的危险性分析、健康监测系统整体设计和监测指标预警阈值确定,论文研究具有重要的理论意义及工程实用价值,可为芜湖长江公路二桥的健康监测系统设计提供基础。论文的主要研究内容及结论包括:1.结合众多桥梁健康监测领域的研究成果及实际应用,给出了大跨度桥梁健康监测系统在设计的主要原则和监测的内容。将健康监测系统分为五个子系统,对每个子系统进行了详细的介绍。2. 建立了芜湖长江公路二桥的有限元模型,进行了主梁刚度下降及斜拉索断丝断索的危险性分析,旨在为健康监测系统测点布置提供参考。结果表明,主梁及斜拉索的损伤均会导致桥梁结构的工作状态发生改变,同时主梁局部区域刚度的变化对桥梁整体响应影响较小,斜拉索的破损对桥梁整体响应影响较大。3.根据有限元和危险性分析结果,设计了芜湖长江公路二桥健康监测系统的监测项目,包括桥梁所处的环境及承受的荷载、桥梁结构的静力响应、动力特性等与桥梁健康状况有关的多种信息,并对各监测项目的测点位置进行了布置。4.采用基于有限元分析的预警阈值确定方法,选择主梁跨中挠度为预警参数,计算了桥梁在正常使用极限状态、承载能力极限状态的荷载效应组合作用下的响应,得到了本桥在两种设计极限状态效应组合下主梁跨中挠度的最大值,以此二值作为该参数的一级、二级预警阈值。根据桥梁在局部构件发生破损以及跨中挠度接近或达到规范挠度限值时的桥梁响应,最终确定以规范挠度限值作为本桥主梁跨中挠度的第三级预警阈值。


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