斜拉桥结构健康监测系统中压力场挠度监测方法的研究

同济大学土木工程学院硕士学位论文斜拉桥结构健康监测系统中压力场挠度监测方法的研究姓名：班新林申请学位级别：硕士专业：桥梁与隧道工程指导教师：陈德伟20080301斜拉桥结构健康监测系统中压力场挠度监测方法的研究作者：班新林学位授予单位：同济大学土木工程学院相似文献(10条)1.会议论文项贻强.翁沙羚.宋雨.姚永丁.汪劲丰大跨度预应力混凝土斜拉桥的健康监测评估系统2003本文系统介绍了文晖斜拉桥健康监测评估系统研究中传感器与数据采集系统、仿真分析和损伤识别系统、数据管理及桥梁综合评估管理系统的框架和理论方法,在此基础上开发了一套经济实用的文晖大桥斜拉桥健康监测评估系统.2.学位论文姚昌荣基于小波与分形理论的斜拉桥健康监测系统研究2007大跨度桥梁结构的健康监测是目前桥梁工程界的研究热点之一，是一个涉及到多学科、跨行业的难点课题。由于桥梁结构及其所处环境的复杂性、不确定性，使得国内外的研究都还处于探索和试用阶段。目前，在一些大跨度桥梁上都已安装了健康监测系统，但其主要用于数据采集，而缺乏有效的健康评价支撑。本文在前人研究工作的基础上，根据小波和分形在处理复杂非线性问题时的特点，将其应用于桥梁结构健康监测系统，提出了建立基于小波与分形的斜拉桥健康监测系统的基本框架。为此，本文主要进行了以下几个方面的研究工作。1.对桥梁进行健康监测的前提，是需要建立一个准确、有效的基准有限元模型。以静测中的位移和动测中的频率作为状态变量，以各项实测值与相应计算值的百分比偏差的平方和作为目标函数，结合ANSYS的优化分析功能，对大型桥梁结构的初始有限元模型的计算参数进行修正。修正过程中引入了约束条件限制各待修正参数和结果数据的变化范围，使得修正后的各参数具有明确的物理意义。修正后的有限元模型为桥梁健康监测计算分析提供了更加切合实际的数学模型，也验证了采用ANSYS进行模型修正的可行性。2.动力监测是健康监测的重要手段之一，在健康监测系统建立初期对结构的动力性能进行模拟分析是很有必要的。本文综合考虑了车桥耦合振动、路面不平度、风、温度等对结构的影响，为健康监测策略制订提供了切合实际的理论分析数据。3.在小波分析理论的基础上，深入剖析了Mallat算法中的频率混淆现象以及产生小波包频带错乱现象的原因，并提出了相应的改进算法，有效地消除了频率混淆和小波包频带错乱问题。4.运用小波分析方法对结构动力系统进行多尺度分析，为小波分析用于结构健康监测提供了坚实的理论基础。将小波分析方法用于结构的模态参数识别、信号滤噪、数据压缩与重构、监测突变信号等方面，均取得了较好的效果。5.运用小波方法分析了斜拉桥损伤前后的位移、曲率和应变三种模态振型，据此能够较准确地识别结构的损伤位置和损伤程度。6.运用改进的小波分析算法对健康监测过程中的信号进行了深入分析，发现小波能量分布与结构的自振特性一样能够反映结构的固有特性，并且能够反映结构的局部特性。在小波包分析的基础上，提出了小波能量互熵作为损伤识别的指标。在应用中引入表征各测点局部特性的权重系数，从而较准确有效地识别损伤位置及其程度。7.针对小波的强局部分析能力和分形的强非线性处理能力，提出了结构损伤诊断的小波细节关联维分析方法。首先对信号进行小波包分解，再计算各小波包的关联维数，并与健康状态下的关联维数比较，通过损伤前后的互熵来识别结构的损伤。实例分析表明，该方法具有较强的损伤诊断能力和抗噪能力。8.运用广义维数谱对斜拉桥的损伤进行诊断，结果表明损伤程度与敏感维数、互熵之间均呈线性关系，验证了多重分形应用于斜拉桥损伤识别的可行性和有效性。3.期刊论文胡雯斜拉桥常见病害分析及健康监测-黑龙江科技信息2009,(31)简述了斜拉桥出现的病害及成因,但未对加固维修措施进一步阐述,在此基础上对斜拉桥的健康监测进行了简要分析.最后针对斜拉桥的特点,对其设计、运营、监测等方面提出了见解.4.学位论文齐怀展基于模型修正的大跨斜拉桥损伤识别研究2007随着我国交通事业的蓬勃发展，一些大跨和超大跨桥梁的相继建成，人们对这些大型重要桥梁的安全性、耐久性与正常使用功能日渐关注和重视。本文以天津市保定桥斜拉桥工程为背景，研究了针对实际工程的健康监测策略，验证了对桥梁整体性能进行评估的损伤识别方法，为后期的健康监测提供了依据。本文首先阐述了桥梁健康监测系统的研究现状和发展趋势，根据健康监测的目的和功能，进行桥梁健康监测系统设计，确定了健康监测系统构成、监测内容和传感器的布置以及用于损伤识别的理论方法，并结合保定桥工程的实际情况进行针对性的健康监测系统设计；通过采用大型动态信号处理软件DASP2006，在环境激励条件下，测定斜拉索索力和大桥振动信息，并对信号进行频谱分析，为后期与模型理论值比较分析和模型修正提供依据，确定桥梁结构的损伤位置和损伤程度；使用通用有限元分析软件ANSYS，应用优化设计方法，分别建立了桥梁结构平面和空间有限元模型，并对两种模型计算结果和适用性进行分析：运用敏感性分析方法，利用已有实地测量的大桥结构动力特性数据对建立的有限元模型进行修正；在修正的有限元模型的基础上，进行结构的静力、动力分析；模拟拉索和箱梁损伤，分析其对结构位移、内力和动力特性的影响；利用模态曲率法并考虑噪声影响，判定理论模型的损伤程度和损伤位置，验证该方法的有效性。最后，结合保定桥工程，应用上述的理论方法进行有限元建模，修正和损伤识别。研究结果表明：运用该论文的理论建立的修正有限元模型，对大跨度斜拉桥进行结构分析，其结果是可接受的，而且成功验证模态曲率法适用于实际测量的桥梁损伤诊断，对今后类似桥梁工程的健康监测具有指导意义和推广应用价值。5.会议论文周林仁.杨鸥.欧进萍大跨度斜拉桥实验室健康监测模型设计与分析2007本文建立了山东滨州黄河公路大桥的实验室健康监测模型,主要包括实验室缩尺模型、加载系统、传感器系统以及数据采集系统。采用刚度等效准则设计缩尺模型,利用ANSYS有限元软件,分别建立了滨州桥和该桥实验室缩尺模型的有限元模型,并且对两有限元模型静、动力特性分析结果及实测数据之间进行对比分析。推导并给出大型结构模型在不同附加质量下的模态相似关系,利用有限元分析缩尺模型不同配重下的动力特性,结果表明模型试验中10％～50％配重方案切实可行。对缩尺模型的配重和斜拉索进行简化,有限元静、动力特性分析结果表明简化模型与实桥满足相似关系,说明该简化方法在斜拉桥模型试验中行之有效,对其他大型模型试验具有一定的参考价值。6.学位论文钟文飞基于珠江黄埔大桥健康监测的有限元模型修正2008本文以珠江黄埔大桥为工程背景,以珠江黄埔大桥健康监测为目的,从健康监测的有限元模型修正和健康监测的传感器优化布置两方面展开研究。有限元模型修正是桥梁健康监测的重要内容之一,由于初始的简化假设,边界条件模拟的差异以及非结构构件等因素的影响,建立的有限元模型总与实际有出入,计算值和试验测量值不能很好的一致,因此桥梁有限元模型修正技术的研究越来越引起科学工作者和工程师的重视。本文介绍了两种有限元模型修正方法：基于模态灵敏度的参数型模型修正方法和基于ANSYS优化设计的模型修正方法。通过对珠江黄埔大桥北汊斜拉桥施工典型工况的模态测试,得到了结构在自然激励下的自振频率和振型。然后利用模态测试结果,对斜拉桥的主塔和主梁分别进行基于ANSYS优化设计的动力有限元模型修正,得到了修正后的设计参数和计算频率。通过有限元模型修正,计算频率与实测频率误差大大减少,结构参数取值更加合理,有限元模型与实际结构更加吻合,为健康监测的基准有限元模型建立提供了一种切实可行,方便有效的模型修正方法。本文最后介绍了珠江黄埔大桥的健康监测系统的设计,通过对北汊斜拉桥竖向加速度传感器测点位置的优化,得到了基于有效独立法的斜拉桥竖向传感器优化布置方案。传感器优化过程中的振型计算,采用修正后的全桥有限元模型计算得到,使得有限元模型修正和传感器优化布置两个问题结合起来,达到共同为结构健康监测服务的目的。7.期刊论文谢峻.江见鲸.韩大建.王国亮.XIEJun.JIANGJian-jing.HANDa-jian.WANGGuo-liang大跨度斜拉桥损伤识别的三步法-工程力学2006,23(8)大跨度斜拉桥是交通线上的重要结构,对其健康状态进行监测具有重要价值.以位于广东新会的崖门桥(双塔刚构体系预应力单索面混凝土斜拉桥)为工程背景,探讨了结构动力损伤识别的基本步骤以及利用结构动力损伤识别三步法对大型工程结构进行损伤识别的有效性.结果表明结构动力损伤识别三步法对大跨度斜拉桥的损伤识别具有较好的适用性,适合在大跨度斜拉桥的健康监测中应用.8.学位论文李建华斜拉桥结构健康监测中的温度效应影响分析2006大跨度桥梁建设中，斜拉桥结构以其跨度大、结构轻盈、适于在软土地基等不良地质条件下修建的优点，成为目前各地修建跨江跨河桥梁时的主要选择桥型之一。由于大跨度桥梁结构一般都处在交通枢纽上，是国家的经济命脉，需要确保结构的安全性和可靠性，所以，近年来对大桥健康监测的研究和实践越来越受到人们的重视。桥梁健康监测的关键问题是损伤位置和程度的确定，一般的评估技术分为两类：局部法和整体法。局部法通常依靠无损检测技术对特定构件进行检测，查找、描绘缺陷的部位：而整体法试图评价结构整体的状态，间断或连续的评价结构的健康，确定损伤存在的区域。局部法通常是根据经验来确定监测项目及监测点，这对传感器能否有效的反映结构的损伤埋下了一定的隐患；整体法是从结构整体性能的角度对结构健康状况进行把握，但由于桥梁结构动力特性对于损伤并不敏感，而且环境作用的存在对损伤的识别造成了一定的干扰作用，使得整体法在实施中也存在一定的问题。本文提出在桥梁健康监测系统的设计和研究中进行结构损伤及性能演变分析，其主要的思想是通过分析环境作用对结构性能及参数的影响规律，一方面可以为传感器的合理布置提供指导，另一方面也可以为结构的损伤识别提供参考。本文进行的主要工作如下：（1）阐述了结构损伤及性能演变分析的概念，并说明了两类分析路线和分析的两个层次；（2）以东海大桥主航道斜拉桥为例，进行温度效应下的结构性能变化分析，而结构损伤的预测和分析有待于进一步的研究。通过对温度作用下结构性能变化的分析，得到了如下成果和结论：首先，温度作用对结构的性能响应影响较大，在结构健康监测中，应该重视温度引起的结构性能变化；其次，通过对温度作用下结构静动力响应的分析，得到如下结论：（1）主塔的温度梯度对主梁的内力、变位以及索力变化的影响均较小，仅对主塔自身的内力分布和结构变位具有较大的影响。（2）主梁的内力分布受整体温差、索塔梁温差及主梁温度梯度的影响均较大。（3）主梁端部的水平位移主要受整体温差的影响，而竖向位移主要受索塔梁温差和主梁温度梯度的影响。（4）斜拉索的索力受整体温差作用和索塔梁温差的影响较大。（5）温度作用对结构动力特性会产生一定的影响，单具体的影响程度还需要进行进一步的分析。最后，结构性能变化分析的结果用于桥梁健康监测的测点布设中，得到了针对温度作用的应力及变形监测的推荐测点位置。桥梁健康监测中的结构损伤识别方法采用力学反分析的手段通过结构监测数据对结构特性进行推求，而结构损伤及性能演变分析属于力学正分析的范畴，对各种环境作用影响的考虑更为真实，计算理论也更为成熟。结构损伤及性能演变分析与结构损伤识别的结合，可以更好地为桥梁健康监测服务。9.期刊论文任伟新.彭雪林.RENWei-xin.PENGXue-lin青洲斜拉桥的基准动力有限元模型-计算力学学报2007,24(5)讨论了斜拉桥有限元动力分析模型,给出了基于环境振动试验结果建立大跨度斜拉桥基准有限元模型的步骤;讨论了桥面初始平衡构型、几何非线性、桥面板、混凝土桥面板与钢梁的剪力连接和端部纵向约束对模型的影响.经通车前现场环境振动试验结果验证的青洲闽江斜拉桥三维有限元模型,反映了桥梁在运营前的真实动力行为,可作为该桥各种复杂响应分析和长期健康监测、使用状态评估的基准.10.学位论文赵翔拉索损伤对斜拉桥结构性能影响的研究2005大跨度斜拉桥结构