大跨度橋梁的發(fā)展十分迅速,與此同時其結(jié)構(gòu)運營的安全性和耐久性問題也日顯突出,并受到前所未有的重視。除設(shè)計和施工階段的技術(shù)措施外,在大多數(shù)新建的大型橋梁上都實施了運營期健康監(jiān)測系統(tǒng)。長期監(jiān)測系統(tǒng)為結(jié)構(gòu)的運營安全性和耐久性評價提供了豐富的運營環(huán)境和結(jié)構(gòu)響應(yīng)數(shù)據(jù)。深入分析和充分利用橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù),揭示結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)與監(jiān)測響應(yīng)的內(nèi)在聯(lián)系,建立準確高效的評價體系,是實現(xiàn)健康監(jiān)測目的的重要前提。在橋梁健康診斷、安全與耐久性評價等方面具有重要工程意義和科研價值。斜拉橋和懸索橋是現(xiàn)代大型橋梁的最主要橋型。纜索(斜拉索、吊索、主纜)是索橋結(jié)構(gòu)中最重要的承重體系,同時斜拉索和吊索在整橋結(jié)構(gòu)上具有廣泛的空間分布,索力直接反映著整橋結(jié)構(gòu)的受力和工作狀態(tài)。因此,索力也是索橋結(jié)構(gòu)長期監(jiān)測系統(tǒng)的重要監(jiān)測對象。本文以實際工程為背景,緊密結(jié)合索橋結(jié)構(gòu)的主要特點,廣泛采用實橋監(jiān)測、數(shù)值模擬、模型試驗等手段,針對基于長期監(jiān)測的索橋結(jié)構(gòu)分析評價與識別的相關(guān)問題進行了初步探討。在基于監(jiān)測數(shù)據(jù)建立索力評價的統(tǒng)計模型、斜拉索雙向振動控制、基于監(jiān)測索力的車輛荷載識別等問題上取得了創(chuàng)新性成果。主要研究內(nèi)容如下:(1)基于實測橋梁靜動力特性對斜拉橋有限元模型進行修正。以自振頻率及成橋索力為目標,采用響應(yīng)曲面法及迭代優(yōu)化法對主要模型參數(shù)進行修正。通過與實橋測量結(jié)果的對比,驗證修正后的有限元模型的準確性。(2)基于長期的溫度監(jiān)測數(shù)據(jù),首先建立橋址環(huán)境溫度和結(jié)構(gòu)溫度的統(tǒng)計分析模型;再通過極值分析,建立溫度極值分布模型,在此基礎(chǔ)上對橋梁運營期內(nèi)的基本溫度取值進行分析評價。然后,探討鋼箱梁截面溫差時空分布特性與極值特性;通過有限元模擬,對比實橋溫差標準值與現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計溫差取值下的鋼箱梁截面應(yīng)力。(3)首先對實橋運營索力監(jiān)測數(shù)據(jù)的主要構(gòu)成成分進行分析,將溫度、車輛及其他因素對運營索力的影響分離�；诮y(tǒng)計分析建立靜態(tài)索力與溫度的相關(guān)模型,并構(gòu)造與溫度無關(guān)的標準索力。建立標準索力的統(tǒng)計分析模型,提出基于標準索力分布的運營索力評價基準與方法,并以實測數(shù)據(jù)為例進行索力評價試驗。在此基礎(chǔ)上,通過修正有限元模型模擬損傷工況下的靜載索力。分別采用索力抽樣檢驗及基于標準索力分布特性檢驗的評價方法,探討基于監(jiān)測索力的損傷預(yù)警方法的可行性。(4)風等動荷載的作用有時會導(dǎo)致拉索的大幅振動,從而降低了拉索的安全性和耐久性。針對斜拉索已有減振方法的不足,提出空間布索減振設(shè)計與套筒式減振裝置兩種振動控制方案。對于空間布索減振設(shè)計,推導(dǎo)帶有索間連接的不等長平行拉索振動特征方程。提出耗能效率比作為空間布索體系的減振評價指標。通過數(shù)值模擬研究減振設(shè)計中主要參數(shù)對減振性能的影響,在此基礎(chǔ)上使用零階優(yōu)化算法對特定拉索進行優(yōu)化。對于套筒式減振裝置,采用響應(yīng)曲面法對主要設(shè)計參數(shù)進行優(yōu)化。通過有限元模擬,對以上兩類減振方案在斜拉索面內(nèi)面外振動控制上的效果進行了驗證。(5)探討基于監(jiān)測索力的車速車重自動識別方法。首先,建立車橋耦合動力分析模型。研究車輛參數(shù)及路面不平度對斜拉索動力響應(yīng)的影響。開發(fā)基于實測車速車重聯(lián)合分布模型的隨機車流車橋耦合動力分析方法。在此基礎(chǔ)上,通過EMD及小波分析提取車輛作用下索力響應(yīng)特征,探討基于監(jiān)測索力和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的斜拉橋車輛荷載識別方法,并采用實際監(jiān)測的運營索力進行了檢驗。(6)利用現(xiàn)有懸索橋整橋模型試驗成果,根據(jù)懸索橋結(jié)構(gòu)特點,探討基于索力、撓度和自振頻率的懸索橋損傷識別方法。面向損傷識別的實用條件,通過數(shù)值模擬構(gòu)造不同損傷工況下的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習樣本,采用模型試驗數(shù)據(jù)進行損傷識別檢驗,探討基于BP網(wǎng)絡(luò)懸索橋損傷識別方法。
【學(xué)位單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U446
【部分圖文】：

（Ｃ）斯特倫松德橋?（ｄ）弗利德里茨？艾們特橋??圖１．１現(xiàn)代早期索橋??Ｆｉｇ．?１．１?Ｅａｒｌｙ?ｍｏｄｅｍ?ｂｒｉｄｇｅ??表Ｕ懸索橋與斜拉橋跨徑世界前１０排名??Ｔａｂ．?１．１?Ｔｈｅ?ｔｏｐ?１０?ｒａｎｋｉｎｇｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｐａｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ?ｂｒｉｄｇｅ?ａｎｄ?ｔｈｅ?ｃａｂｌｅ－ｓｔａｙｅｄ?ｂｒｉｄｇｅ??排?懸索橋???斜拉橋???名?橋名?跨徑（ｍ）?國家?時間?橋名?跨徑（ｍ）?國家?時間??１?明石海峽大橋?１９９１?日本?１９９８?俄羅斯島大橋?１１０４?俄羅斯２０１２??２?西堠門大橋?１６５０?中國?２００９?蘇通長江大橋?１０８８?中國?２００８??３?大貝爾特橋?１６２４?丹麥?１９９８?昂船洲大橋?１０１８?中國?２００９??４?奧斯曼加濟大橋?１５５０?土耳其２０１６?鄂黃長江大橋?９２６?中國?２０１０??５?李舜臣大橋?１５４５?韓國?２０丨２?多多羅大橋?８９０?日本?１９９９??６?潤揚大橋?１４９０?中國?２００５?諾曼底大橋?８５６?法國?１９９５??７?南京第四長江大橋?１４１８?中國?２０１２?九江長江公路大橋?８１８?中國?２０１３??８?亨伯橋?１４１０?英國?１９８１?荊岳長江大橋?８１６?中國?２０１０??９?蘇丹賽利姆大橋?１４０８?土耳其２０１６?仁川大橋?８００?韓國?２００９??１０?江陰長江大橋?１３８５?中國?１９９９?鴨池河大橋?８００?中國?２０１６??

（Ｃ）斯特倫松德橋?（ｄ）弗利德里茨？艾們特橋??圖１．１現(xiàn)代早期索橋??Ｆｉｇ．?１．１?Ｅａｒｌｙ?ｍｏｄｅｍ?ｂｒｉｄｇｅ??表Ｕ懸索橋與斜拉橋跨徑世界前１０排名??Ｔａｂ．?１．１?Ｔｈｅ?ｔｏｐ?１０?ｒａｎｋｉｎｇｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｐａｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ?ｂｒｉｄｇｅ?ａｎｄ?ｔｈｅ?ｃａｂｌｅ－ｓｔａｙｅｄ?ｂｒｉｄｇｅ??排?懸索橋???斜拉橋???名?橋名?跨徑（ｍ）?國家?時間?橋名?跨徑（ｍ）?國家?時間??１?明石海峽大橋?１９９１?日本?１９９８?俄羅斯島大橋?１１０４?俄羅斯２０１２??２?西堠門大橋?１６５０?中國?２００９?蘇通長江大橋?１０８８?中國?２００８??３?大貝爾特橋?１６２４?丹麥?１９９８?昂船洲大橋?１０１８?中國?２００９??４?奧斯曼加濟大橋?１５５０?土耳其２０１６?鄂黃長江大橋?９２６?中國?２０１０??５?李舜臣大橋?１５４５?韓國?２０丨２?多多羅大橋?８９０?日本?１９９９??６?潤揚大橋?１４９０?中國?２００５?諾曼底大橋?８５６?法國?１９９５??７?南京第四長江大橋?１４１８?中國?２０１２?九江長江公路大橋?８１８?中國?２０１３??８?亨伯橋?１４１０?英國?１９８１?荊岳長江大橋?８１６?中國?２０１０??９?蘇丹賽利姆大橋?１４０８?土耳其２０１６?仁川大橋?８００?韓國?２００９??１０?江陰長江大橋?１３８５?中國?１９９９?鴨池河大橋?８００?中國?２０１６??１．１．?２運營橋梁的安全隱患??橋梁在其運營階段中承受著復(fù)雜多樣的外荷載作用

２．?３工程概況與基礎(chǔ)有限元模型??２．?３．?１滄口斜拉橋簡介??本文以膠州灣大橋所屬三座航道橋之一的滄口航道橋為工程背景。如圖２．１所??示，滄口航道橋為一座雙幅分離雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋，簡稱為滄口斜拉橋。主??橋為五跨連續(xù)構(gòu)造，全長６００米，主跨２６０米。索塔采用Ｈ形混凝土索塔，主梁??采用扁平流線形封閉鋼箱梁，斜拉索采用高強平行鋼絲拉索。主要結(jié)構(gòu)信息如圖??２．２至圖２．４所示。??圖２．１滄口斜拉橋?qū)嵕皥D??Ｆｉｇ．?２．１?Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ?ｏｆ?ｔｈｅ?Ｃａｎｇｋｏｕ?ｃａｂｌｅ－ｓｔａｙｅｄ?ｂｒｉｄｇｅ??８０?９０?２６０?９０?８０??ｔ￣?＋?ｎ一—ｔ—￣?才??［］?ｎ￣￣３?４?Ｄ?６?／?８?ｙ?１ＵＩＩ?ＩＩ?１２??Ｗ?Ｗ?Ｃｗ?Ｗ?ｖｉｆ??

本文編號：2875110