發(fā)布時間：2020-07-10 18:58

【摘要】：結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)在國內(nèi)外大跨徑控制性橋梁工程中被廣泛應(yīng)用,并逐漸應(yīng)用于一些中小跨徑橋梁,借助于先進的傳感器技術(shù)和監(jiān)測數(shù)據(jù)處理方法,以期實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測預(yù)警、損傷識別及性能評估。然而,橋梁結(jié)構(gòu)及其主要構(gòu)件在外部荷載尤其是極端荷載作用下的破壞現(xiàn)象依然時有發(fā)生。因此,根據(jù)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)進一步推廣應(yīng)用和橋梁結(jié)構(gòu)服役性能監(jiān)測評估的需要,對其監(jiān)測傳感器測點布置方法及監(jiān)測數(shù)據(jù)處理方法進行深入系統(tǒng)的理論分析和應(yīng)用研究是十分必要和緊迫的。目前,對于橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測傳感器的測點布置方法和結(jié)構(gòu)服役性能監(jiān)測評估的數(shù)據(jù)挖掘方法研究較少,其中用于指導(dǎo)監(jiān)測傳感器測點布置的結(jié)構(gòu)魯棒性、冗余度及易損性等分析方法尚未形成一個可普遍接受的理論體系,用于分析評估結(jié)構(gòu)各項服役性能的監(jiān)測數(shù)據(jù)挖掘方法也亟需進一步完善。因此,研究采用較為系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)魯性相關(guān)分析方法指導(dǎo)監(jiān)測傳感器測點布置,采用針對性較強的監(jiān)測數(shù)掘挖掘方法分析評估結(jié)構(gòu)各項服役性能具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。本文在對國內(nèi)外結(jié)構(gòu)魯棒性相關(guān)分析方法和結(jié)構(gòu)監(jiān)測數(shù)據(jù)挖掘方法進行分析總結(jié)的基礎(chǔ)上,采用理論分析、數(shù)值模擬以及算例驗證相結(jié)合的方法,對結(jié)構(gòu)魯棒性、冗余度、易損性及可靠性的相互關(guān)系及其在橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測傳感器測點布置中的應(yīng)用進行了深入研究;通過分析現(xiàn)役橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測數(shù)據(jù)特點,給出了針對性較強的監(jiān)測數(shù)據(jù)挖掘方法,以分析和預(yù)測結(jié)構(gòu)總體安全性、橫向分布性能及材料劣化程度。完成的主要研究工作和成果總結(jié)如下:(1)基于應(yīng)變能評價指標的結(jié)構(gòu)魯棒性、冗余度及易損性內(nèi)在關(guān)系研究。論文通過對比分析現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)魯棒性、冗余度及易損性評價指標表達式,提出了結(jié)構(gòu)魯棒性、冗余度及易損性分析的應(yīng)變能評價指標,研究了結(jié)構(gòu)魯棒性、易損性及冗余度之間的內(nèi)在關(guān)系、損傷作用下的靈敏度以及結(jié)構(gòu)桿件構(gòu)造、桿端約束、荷載分配因素的影響,并給出了懸臂梁和桁架梁算例示意。研究表明,結(jié)構(gòu)魯棒性、冗余度與易損性呈反比例變化,不同桿件可能因產(chǎn)生相同的應(yīng)變能而具有相同的結(jié)構(gòu)魯棒性、冗余度與易損性,且結(jié)構(gòu)魯棒性和冗余度的靈敏度與易損性的靈敏度也呈反比例變化;可通過提高結(jié)構(gòu)桿件的材料強度、截面尺寸及增加桿件約束等措施提高結(jié)構(gòu)魯棒性和冗余度,即降低結(jié)構(gòu)易損性。(2)基于應(yīng)變能評價指標的結(jié)構(gòu)魯棒性、冗余度與可靠性外在聯(lián)系研究。論文分析了結(jié)構(gòu)魯棒性、冗余度與可靠性的區(qū)別和聯(lián)系,基于結(jié)構(gòu)魯棒性和冗余度分析的應(yīng)變能評價指標,推導(dǎo)了結(jié)構(gòu)魯棒性、冗余度與可靠度指標的關(guān)系表達式,分析了結(jié)構(gòu)損傷和隨機因素對三者及其靈敏度的影響,并給出了懸臂梁和桁架梁算例示意。研究表明,結(jié)構(gòu)魯棒性和冗余度多是基于主觀定義的評價指標,相關(guān)分析方法有待進一步完善;結(jié)構(gòu)可靠性較為完善,有著廣泛的工程應(yīng)用。結(jié)構(gòu)魯棒性、冗余度與可靠度指標呈拋物線變化,且其變化趨勢基本一致,均可用來反映結(jié)構(gòu)性能變化;結(jié)構(gòu)魯棒性和冗余度的靈敏度大于結(jié)構(gòu)可靠度指標的靈敏度。(3)結(jié)構(gòu)魯棒性分析能量方法及其在橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測傳感器測點布置中的應(yīng)用研究。論文考慮能量原理的普遍適用性,以驗證并進一步簡化形成了可普遍接受的結(jié)構(gòu)魯棒性分析能量方法,并據(jù)此分析了簡支梁橋在不同損傷影響下的結(jié)構(gòu)魯棒性,以確定其易損薄弱部位,進而布置監(jiān)測傳感器實施長期監(jiān)測。研究表明,結(jié)構(gòu)的能量場與應(yīng)變能數(shù)值相等且反比例變化,其中前者較為形象且相應(yīng)能量勢計算較為復(fù)雜,后者則應(yīng)用較為廣泛;簡支梁結(jié)構(gòu)魯棒性較小的單元基本位于跨中截面及其附近區(qū)域,而結(jié)構(gòu)魯棒性最小和最大損傷部位則分散在各個不同單元,無顯著規(guī)律。最后,還以某現(xiàn)役高速公路簡支梁橋和城市公路桁梁拱橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)為例,對其監(jiān)測傳感器測點布置的合理性進行驗證,并完成了某新建大跨徑斜拉橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測傳感器測點布置的初步設(shè)計。(4)基于監(jiān)測數(shù)據(jù)挖掘的橋梁結(jié)構(gòu)服役性能分析與預(yù)測研究。論文以橋梁健康監(jiān)測涉及的動力問題和結(jié)構(gòu)服役性能為著眼點,指出基于監(jiān)測數(shù)據(jù)挖掘的橋梁服役性能分析和預(yù)測本質(zhì)上屬于動力學逆問題,分析了橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測數(shù)據(jù)的周期性等特點,可據(jù)此采用時間序列等針對性較強的數(shù)據(jù)分析和挖掘方法,實現(xiàn)現(xiàn)役橋梁結(jié)構(gòu)的總體安全性、橫向分布性能及材料劣化程度的分析與預(yù)測,并給出了某高速公路簡支梁橋和城市公路桁梁拱橋應(yīng)用示例。
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：U446
【圖文】：

一些不利因素也逐漸暴露出來，使其難以得到更廣泛的推廣應(yīng)用，如傳感逡逑器數(shù)量眾多、大量監(jiān)測數(shù)據(jù)難以有效處理＾１５］，以及由此帶來的工程造價高昂、逡逑后＾上隹主戶子等。苧一ｍ成＿示＿意見圖１＿２。逡逑ｒ邐Ｉ邋ｉ￣邐１逡逑Ｉ位移ｆｔ感劇、２…＋－＊■■—＋１位移采集單兄—１逡逑１１應(yīng)變＃感器１、２…４－｜應(yīng)變采集申元；邋２邋Ｉ邋「邐ｍ逡逑Ｉ邋邐邐邋Ｉ邋ｉ邋邐邐邋￣邋－邋ｉ邐Ｉ邋ｉ邋ｒ－＞用戶控制界面逡逑Ｉ邋ｊ加速度傳感器１、２…ｔ－ｌ加速度采集中元［ 邐計■：邐■或丨邋丨邋邐｜逡逑Ｉ邋邐邐邐邐邋ｉ邋１邋邐邋—＊邋Ｗ邋邋邐－？邋＋邋－！邐Ｌ逡逑１１溫設(shè)傳感器１、２…；？邐１邋溫度采巢單NB邋一邐機．邐：心Ｉ邋丨邋邐！逡逑Ｉ邋邐－ｉ邋ｊ邐邋￣￣邐＊邋Ｉ丨ｕ性能評定弓預(yù)努逡逑１１風速傳感Ｓｌ、２…Ｉ邐＞邐ｊ邋風速采集單元一邐！邐ｉ邋Ｓ丨丨邋邐Ｊ逡逑Ｉ邐．邐！邋ｉ邐ｉ邋□邋ｉ逡逑；邐；，ｉ邐；邐！逡逑：Ｊ逡逑ｌ邋—邐邐邋ｊ邐邐邋ｊ邋ｔ邋邐邐邐邐邐邐邐邋邐邐邐邋ｉ逡逑Ｕ邋Ｕ逡逑}保椋簦低常危濉鏨合低常危鼧^ｆ邋ｇｙ理｜邐｜可視~朿雷麇義賢跡保睬帕海櫻齲拖低匙槌墑疽忮義希疲椋玨澹保插澹茫錚恚穡錚睿澹睿簦簀澹洌椋幔紓潁幔礤澹錚駑澹簦瑁邋澹猓潁椋洌紓邋澹櫻齲灣澹螅螅簦澹礤義嫌氪送�，人们疑n誆捎媒峁孤嘲糶院鴕姿鸚韻喙胤治齜椒ㄖ傅記帕海櫻齲痛義細釁韃獾悴賈�，假nü峁孤嘲糶院鴕姿鸚韻喙胤治穌業(yè)澆峁箍沽Ρ冉媳∪醯牟垮義銜換蠆考

本文編號：2749327