【摘要】：為研究大跨度斜拉橋運營期的性能監(jiān)測與評估方法,建立穩(wěn)定高效的健康監(jiān)測系統(tǒng),在總結(jié)以往斜拉橋健康監(jiān)測所存在的問題基礎上,對以下幾個方面的工作進行了研究：1、針對斜拉橋上傳感器布設總類多、數(shù)量大的特點,對其網(wǎng)絡系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化研究,通過總線技術(shù)的應用,將傳感系統(tǒng)設定成一種現(xiàn)場總線網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)結(jié)合星型網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的綜合體系,并對斜拉橋整體基于總線型光纖傳感網(wǎng)絡的布置方案進行了研究,特別對采用總線技術(shù)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案以及系統(tǒng)監(jiān)測信息的無線傳輸方案進行了研究。2、分析了斜拉橋非線性振動的特征,對拉索的非線性振動進行了參數(shù)分析,并對其非線性內(nèi)共振,參數(shù)振動及渦振進行了理論分析和計算。基于分析結(jié)果,提出了對拉索系統(tǒng)整體渦振安定性(cable system vortex-induced vibration stability, CSVVS)的評價方法,并基于風環(huán)境監(jiān)測信息及索頻信息對拉索的運營狀態(tài)進行整體評估同時對潛在運營風險進行預測。3、采用雨流計數(shù)分析手段,在既有數(shù)據(jù)分析軟件的基礎上,對結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的疲勞載荷譜進行統(tǒng)計分析,并基于統(tǒng)計結(jié)果對疲勞進行評估；同時給出了基于少量測試數(shù)據(jù)的擬合分析方法。分析指出當測試數(shù)據(jù)完備時應首先使用統(tǒng)計分析法,以避免擬合分析法遺漏孤立幅值帶來分析誤差。在Maple平臺上編寫了經(jīng)過改進的雨流計數(shù)分析程序,并通過一組模擬數(shù)據(jù)的人工作圖分析驗證了該算法的有效性。4、分析認為拉索系統(tǒng)的銹蝕是影響結(jié)構(gòu)耐久性及安全性的重要因素,由于目前對拉索系統(tǒng)的銹蝕監(jiān)測還處于初級階段,文中基于對各種監(jiān)測方法的分析總結(jié),提出了錨具視頻監(jiān)測結(jié)合索體端部聲發(fā)射監(jiān)測,并索體中段自爬升磁漏監(jiān)測的綜合監(jiān)測方案。5、鑒于CWT計算效率的問題,對CWT進行了離散化研究。由于目前DWT多采用重復計算多次離散點積的特點,文中提出了帶平移參數(shù)b的算法,并在通用數(shù)學分析軟件Maple的基礎上編寫了帶參數(shù)的DWT算法。以所建立的斜拉橋模型在選定的時程荷載條件下對DWT應用于時域測試的損傷分析進行了驗證,結(jié)果表明DWT繼承了CWT的所有優(yōu)點,且該方法可以有效識別出時程數(shù)據(jù)中所包含的結(jié)構(gòu)損傷相關(guān)信息,同時在計算效率上與傳統(tǒng)方法相比得到了顯著改善。6、鑒于斜拉橋失效形式多樣,本文對其中幾種典型的失效模式進行了研究,指出基于拉索應力失效、主梁撓度及應力失效是斜拉橋最基本的失效模式。并利用蒙特卡洛隨機抽樣結(jié)合多參數(shù)響應面分析的綜合算法,對結(jié)構(gòu)整體可靠性能進行分析。
[Abstract]:In order to study the performance monitoring and evaluation method of long-span cable-stayed bridges during operation, and to establish a stable and efficient health monitoring system, based on summarizing the problems existing in the health monitoring of cable-stayed bridges in the past, The following aspects are studied: 1. Aiming at the characteristics of the large number of sensors in cable-stayed bridge, the topology of the network system is optimized and applied by bus technology. The sensor system is set up as a comprehensive system of fieldbus network structure combined with star network structure, and the layout scheme of cable-stayed bridge based on bus-type fiber-optic sensor network is studied. Especially, the structure optimization scheme based on bus technology and the wireless transmission scheme of system monitoring information are studied. 2. The characteristics of nonlinear vibration of cable-stayed bridge are analyzed, and the nonlinear vibration of cable is analyzed. The nonlinear internal resonance, parametric vibration and vortex vibration are theoretically analyzed and calculated. Based on the analysis results, a method for evaluating the overall vortex-vibration stability of cable system (cable system vortex-induced vibration stability, CSVVS) is proposed. On the basis of wind environment monitoring information and cable frequency information, the operation state of cable is evaluated as a whole and the potential operational risk is forecasted. 3. Based on the existing data analysis software, rain flow counting analysis method is adopted. The fatigue load spectrum of structures and components is statistically analyzed, and the fatigue is evaluated based on the statistical results, and a fitting analysis method based on a small amount of test data is given. It is pointed out that when the test data are complete, the statistical analysis method should be used first, so as to avoid the analysis error caused by missing the isolated amplitude value of the fitting analysis method. An improved rain flow analysis program is developed on the Maple platform. The validity of the algorithm is verified by the human working graph analysis of a set of simulated data. 4. The corrosion of the cable system is considered to be an important factor affecting the durability and safety of the structure. Because the corrosion monitoring of cable system is still in the primary stage, based on the analysis and summary of various monitoring methods, the paper puts forward the anchor video monitoring combined with cable end acoustic emission monitoring. In view of the efficiency of CWT calculation, the discretization of CWT is studied in view of the comprehensive monitoring scheme of self-climbing flux leakage monitoring in the middle part of cable body. Due to the characteristic of repeated calculation of multiple discrete dot products in DWT at present, an algorithm with translation parameter b is proposed, and a DWT algorithm with parameters is compiled on the basis of the general mathematical analysis software Maple. The damage analysis of DWT applied to time-domain test is verified by the established cable-stayed bridge model under selected time-history load conditions. The results show that DWT inherits all the advantages of CWT. This method can effectively identify the structural damage related information contained in the time-history data, at the same time, the computational efficiency is significantly improved compared with the traditional method. 6, in view of the variety of failure forms of cable-stayed bridge, In this paper, several typical failure modes are studied. It is pointed out that the deflection and stress failure of the main beam are the most basic failure modes of cable-stayed bridges based on cable stress failure. The reliability of the structure is analyzed by Monte Carlo random sampling and multi-parameter response surface analysis.
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：U446;U448.27

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本文編號：2284206