涪陵乌江二桥运营状态安全评估研究

论文摘要

桥梁健康监测系统是大型桥梁安全保障体系的发展趋势。本文结合具体工程项目对实现桥梁结构的监测和安全评估开展了深入研究,提出了监测系统的总体设计构思,并完成了相应软件的设计和开发。主要研究内容包含以下几个方面:①基于建立桥梁健康监测系统的目标和功能要求,本文对具体桥型结构的承载特点进行了分析,逐步确立了监测项目并提出了监测系统的构建方案,而且对监测系统的工程实施也作了较为详细的介绍。②确定了结构评估的基准状态,通过有限元分析软件对结构进行静动力分析,探讨了结构在不同荷载作用下响应值的变化规律,确立了指标监测阈值。③运用统计模式分析的方法对实时监测数据进行分析,建立了监测数据的日周期模式和月周期模式。依据两种模式的分析,找到了外界荷载对结构特性改变的影响规律,为桥梁结构的损伤识别和状态评估提供了依据。以线形、索力和应力的工作状态评估为例,检验了评估方法的可行性及实用性。开发了乌江二桥综合评估系统软件,实现了桥梁的实时在线评估。④根据用户需求分析,进行了数据管理与安全评估软件的设计开发,实现了监测数据的分类管理、数据查询的图表显示以及原始数据的计算处理等功能。本文还提出了结合层次分析法的安全评估方法,并在软件中集成了相应功能。⑤结合乌江二桥健康监测系统,探讨了利用系统的挠度和应变监测值综合估算通行荷载重量的方法。该方法能够基于健康监测数据较准确地估算通行车辆载重,从而为健康监测系统增加辅助桥梁使用管理的功能。⑥提出了桥梁功能退化趋势的预测方法。采用灰色系统论中灰色数列预测方法,对桥梁结构工作状态退化趋势进行了预测。指出结构随着时间的推移桥梁结构使用功能存在不可避免的退化。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 桥梁安全性评价研究目的和意义
• 1.2 桥梁安全性评价的现状和发展趋势
• 1.2.1 桥梁安全性评价的领域
• 1.2.2 国内外桥梁安全性评价的研究现状
• 1.3 现有的桥梁安全性评价方法
• 1.3.1 中小桥梁评价中常用的评价方法
• 1.3.2 大型桥梁结构的安全性评价方法
• 1.4 安全评估的模型分析
• 1.4.1 层次分析法
• 1.4.2 可靠度理论
• 1.4.3 实时数据的结构动力学处理评估方法
• 1.4.4 模糊理论方法
• 1.5 取得的成果和尚存在的问题
• 1.6 发展趋势
• 1.7 本文研究的主要内容
• 第二章 乌江二桥健康监测与安全评估系统总体设计
• 2.1 监测参数的确定
• 2.2 监测系统的设计原则
• 2.3 监测方案的确立
• 2.3.1 主梁挠度监测
• 2.3.2 主梁纵向位移监测
• 2.3.3 索塔位移、变形监测
• 2.3.4 主梁应力监测
• 2.3.5 主塔应力监测
• 2.3.6 温度参数监测
• 2.3.7 斜拉索索力监测
• 2.3.8 结构动态特性监测
• 2.3.9 人工检测数据的处理和分析评估
• 2.4 监测系统软件功能说明
• 2.4.1 数据采集与处理子系统
• 2.4.2 数据库管理子系统
• 2.5 本章小结
• 第三章 结构的基准有限元模拟及实时监测数据的统计分析
• 3.1 乌江二桥评估基准状态的确定
• 3.2 桥梁结构的基准有限元模拟
• 3.2.1 结构的荷载效应
• 3.2.2 报警阈值的分级
• 3.2.3 典型荷载效应下主梁位移变化
• 3.2.4 典型荷载效应下索力变化
• 3.2.5 典型荷载效应下主梁应力变化
• 3.3 主梁挠度实时监测数据分析
• 3.3.1 日周期挠度变化规律
• 3.3.2 月周期挠度变化规律
• 3.4 主梁纵向位移实时监测数据分析
• 3.5 斜拉索索力数据分析
• 3.5.1 温度对索力测试的影响
• 3.5.2 索力实时监测数据分析
• 3.6 应变监测数据分析
• 3.6.1 光纤布拉格光栅传感器（FBG）的感知原理
• 3.6.2 日周期应变变化规律
• 3.6.3 月周期应变变化规律
• 3.7 索塔偏移实时监测数据分析
• 3.8 主梁动力特性实时监测分析
• 3.9 健康监测系统数据的信息提取
• 3.9.1 重车过桥引起的健康监测系统监测数据变化
• 3.9.2 重车过桥对合拢段挠度和应变影响的有限元分析
• 3.9.3 利用挠度和应变监测值估算通行荷载重量
• 3.10 本章小结
• 第四章 乌江二桥安全性综合评估与软件开发
• 4.1 乌江二桥健康状况综合评估策略
• 4.2 乌江二桥层次评估体系
• 4.2.1 层次分析法概述
• 4.2.2 乌江二桥运营状态评估拓扑模型
• 4.2.3 评估模型的中间层次结构拓扑图
• 4.2.4 专家知识调查及指标初始权重的确定
• 4.2.5 底层评估指标评语的确定
• 4.2.6 非均匀变化系数的确定
• 4.2.7 变权原理的应用
• 4.3 乌江二桥综合性评估
• 4.3.1 线形评估
• 4.3.2 索力评估
• 4.3.3 应力评估
• 4.4 评估软件的开发
• 4.5 本章小结
• 第五章 乌江二桥功能退化的灰色预测分析
• 5.1 桥梁的工作状态评估
• 5.2 桥梁结构使用功能退化预侧
• 5.2.1 灰色系统概念
• 5.2.2 桥梁结构整体工作状态的灰性
• 5.2.3 灰色系统建模
• 5.3 乌江二桥工作状态灰色预测
• 5.3.1 预测分析模型
• 5.3.2 乌江二桥年预测评估结果
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 取得的主要研究成果
• 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