既有混凝土斜拉桥健康监测评估方法的研究

论文摘要

斜拉桥虽然在过去70年里得到了蓬勃发展,然而对于既有混凝土斜拉桥,从使用现状来看,大部分使用状况良好,但也有为数不少的桥梁由于设计和施工的欠缺、材料性能的退化、超载运营以及自然灾害等原因导致在较短的使用期内就发生各种结构损伤,主要有:桥跨线形变化,主梁或桥塔混凝土开裂,斜拉索锈蚀与断裂,伸缩缝、排水系统损坏等。大型桥梁是一个国家的经济命脉,投资巨大且意义重大,若不能及时发现桥梁的功能退化甚至隐含的安全隐患将导致重大的安全事故。因此,既有混凝土斜拉桥基于正常运营状态下的健康监测与状态评估越来越受重视。同时既有混凝土斜拉桥健康监测与状态评估可以确定桥梁的当前工作状态,为桥梁的管理养护提供决策与指导。本文研究了基于层次分析法(AHP)的既有混凝土斜拉桥的评估方法,主要有以下几个方面的内容:首先,简述了既有混凝土斜拉桥的特点、健康监测与状态评估的目的意义,并大致总结了国内外几种常用的评估方法;其次,阐述了层次分析法的基本原理,并基于《公路桥涵养护规范》(JTG H11—2004)和斜拉桥自身的结构特点采用层次分析法建立了既有混凝土斜拉桥递阶层次结构模型。再次,简单介绍了大跨斜拉桥各构件基准有限元模拟的基本原则,建立了李家沱长江大桥空间有限元模型。分析了结构的动力响应及在典型荷载组合下的结构静力特点。然后,以李家沱长江大桥为工程背景,阐述了既有混凝土斜拉桥的监测方案。确定了各指标的阈值及相应测点的权重。最后,以李家沱长江大桥部分实测数据详细论述了基于变权原理的层次分析法在既有混凝土斜拉桥运营状态评估中应用的正确性和实用性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 既有混凝土斜拉桥健康监测评估的目的和意义
• 1.1.1 既有混凝土斜拉桥的现状
• 1.1.2 桥梁健康监测与状态评估的目的和意义
• 1.2 既有桥梁评估的国内外研究现状
• 1.2.1 国外的研究现状
• 1.2.2 国内的研究现状
• 1.3 国内外既有桥梁目前评估方法的应用与发展
• 1.3.1 基于承载力评定为主的评估方法
• 1.3.2 基于状态评价为主的综合评估方法
• 1.4 本文研究的范围和主要内容
• 1.4.1 研究范围
• 1.4.2. 研究内容
• 第二章 层次分析法介绍及其在既有混凝土斜拉桥状态评估中的应用
• 2.1 层次分析法的概述
• 2.1.1 层次分析法的思路及特点
• 2.1.2 层次分析法的基本步骤
• 2.1.3 层次分析法的群组判断
• 2.2 既有混凝土斜拉桥状态评估层次分析模型的建立
• 2.2.1 影响层次分析模型的因素
• 2.2.2 应用层次分析法建立既有混凝土斜拉桥评估模型
• 2.2.3 既有混凝土斜拉桥层次分析模型指标说明
• 2.3 既有混凝土斜拉桥状态评估初始指标权重的确立
• 2.3.1 构造判断矩阵
• 2.3.2 各层指标权重的确定
• 2.3.3 桥梁固有模态特征频率的评定
• 2.4 底层指标评语的确定
• 2.4.1 评价指标归1 化处理
• 2.4.2 底层评估指标评语的确定
• 2.4.3 非均匀变化系数
• 2.4.4 应用斜率关联度进行斜拉索索力序列状态评估
• 2.5 变权综合法权重计算
• 2.6 本章小结
• 第三章 斜拉桥基准有限元模拟及分析
• 3.1 大跨斜拉桥的基准有限元模拟
• 3.1.1 索塔有限元模拟方案
• 3.1.2 斜拉索有限元模拟方案
• 3.1.3 主梁有限元模拟方案
• 3.2 李家沱长江大桥工程概况
• 3.3 全桥有限元模型的建立
• 3.3.1 结构构件的模拟
• 3.3.2 材料参数的定义
• 3.3.3 边界条件的模拟
• 3.4 李家沱长江大桥动力特性分析
• 3.4.1 斜拉桥动力特性的主要特点
• 3.4.2 斜拉桥振型、模态计算理论
• 3.4.3 李家沱长江大桥动力分析
• 3.5 大桥运营阶段下结构受力分析
• 3.5.1 活载作用下有限元计算分析
• 3.5.2 温度作用下有限元计算分析
• 3.5.3 外荷载组合效应下有限元计算分析
• 3.6 典型拉索损伤下全桥结构静力分析
• 3.6.1 关于主梁线形的讨论
• 3.6.2 关于拉索索力的讨论
• 3.6.3 关于主梁应力的讨论
• 3.7 本章小结
• 第四章 既有混凝土斜拉桥状态评估参数监测方案
• 4.1 李家沱长江大桥工程背景
• 4.2 监测参数的确定
• 4.3 桥梁位移变形监测
• 4.3.1 主梁竖向挠度监测
• 4.3.2 主梁纵向位移监测
• 4.3.3 索塔位移监测
• 4.4 主梁、索塔控制截面应力监测
• 4.4.1 主梁应力监测
• 4.4.2 索塔应力监测
• 4.4.3 系统主要配置
• 4.5 温度监测
• 4.5.1 主梁温度监测
• 4.5.2 索塔温度监测
• 4.5.3 系统主要配置
• 4.6 斜拉索索力监测
• 4.7 大桥结构动力特性监测
• 4.8 风速风向监测
• 4.9 监测数据的阀值确定
• 4.10 底层适度群指标权重的确定
• 4.10.1 应力测点权重的确定
• 4.10.2 位移测点权重的确定
• 4.10.3 斜拉索索力测点权重的确定
• 4.11 本章小结
• 第五章 李家沱长江大桥状态评估实例
• 5.1 李家沱长江大桥检测数据
• 5.1.1. 下部结构检测数据
• 5.1.2. 主梁检测数据
• 5.1.3. 索塔检测数据
• 5.1.4. 斜拉索检测数据
• 5.1.5. 附属设施检测数据
• 5.1.6 自振频率检测数据
• 5.2 李家沱长江大桥使用状态评估
• 5.2.1 下部结构状态评估
• 5.2.2 主梁状态评估
• 5.2.3 索塔状态评估
• 5.2.4 斜拉索状态评估
• 5.2.5 附属设施状态评估
• 5.2.6 李家沱长江大桥状态评估
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文的主要工作与结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果