大跨径钢桁架拱桥服役状态监测方案研究

论文摘要

钢桁架拱桥具有外形雄伟壮观、跨越能力大、承载能力高等优点。在国外这种桥型在工程实践中的采用已经有近百年历史,而我国由于受到经济水平的限制,直到80年代才开始在工程实践中采用。在建的重庆朝天门长江大桥主桥跨径布置为190+552+190m,该桥为目前世界上最大跨度的钢桁架拱桥,对钢桁架拱桥这一结构体系具有历史性的突破。但是,对于大跨度钢桁架拱桥及其服役状态监测系统的研究,目前可检索到的文献资料很少,人们对大跨径钢桁架拱桥的服役状态监测在理论和实践上的认识还不够全面。因此,本文的研究是十分必要的。本文以重庆朝天门长江大桥为工程背景,开展了大桥成桥阶段的状态识别分析研究,建立了大跨径钢桁架拱桥服役状态监测及评价技术方案,提出了状态预警值。本文主要研究工作为:①对成桥阶段的整体力学性能进行了分析。文中首先对特大跨度钢桁架拱桥在各种荷载及关键工况下的静力性能进行了计算,找到结构的监测部位。其次对主要结构进行了模态分析,得出恒载作用、桁拱纵桥向刚度和桁拱横桥向刚度对钢桁架拱桥的动力特性影响很大。必须设置加速度传感器的结论。②确定了状态监测系统的传感器布点方案。监测内容的选取遵循传感器实时监测和人工定期监（检）测相结合的原则,实时监测区段选取重要及代表性的结构。③考虑各荷载工况及偏晒对结构的影响,根据状态预警原则,研究各杆件及节点的应力、挠度预警值,用以控制桥梁运营阶段的安全。④确定了状态评估方案。参考国内外桥梁安全评估方法最新研究及应用成果,根据朝天门大桥结构特点及布点方案确定了安全状态评估方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 国内外钢桁架拱桥的发展
• 1.1.1 国外特大跨度钢桁拱桥的发展史
• 1.1.2 国内特大跨度钢桁拱桥的发展史
• 1.2 桥梁结构健康监测及安全状态评估研究现状
• 1.2.1 桥梁健康现状
• 1.2.2 桥梁健康监测系统
• 1.2.3 桥梁结构健康监测的目的、意义
• 1.2.4 桥梁结构健康监测系统研究及应用现状
• 1.2.5 桥梁结构健康监测系统的构成
• 1.2.6 桥梁结构安全状态评估系统
• 1.2.7 目前尚存的主要问题
• 1.3 本文研究的主要内容及意义
• 1.3.1 工程概况
• 1.3.2 本文研究的目的、意义
• 第二章 大跨径钢桁拱桥成桥状态识别
• 2.1 有限元模型的建立
• 2.1.1 朝天门大桥的结构设计要点
• 2.1.2 初始有限元模型的建立
• 2.2 结构整体静力分析
• 2.2.1 恒载作用下拱桥内力、应力及挠度
• 2.2.2 活载作用下拱桥内力及应力
• 2.2.3 关键工况下拱桥内力及应力
• 2.3 结构整体动力分析
• 2.3.1 主要频率和振型
• 2.3.2 自振特性分析
• 2.3.3 结构参数变化对动力特性的影响
• 2.4 小结
• 第三章 大跨径钢桁拱桥服役状态监测方案设计
• 3.1 本桥监测的难点与重点
• 3.1.1 本桥监测难点
• 3.1.2 本桥监测重点
• 3.2 设计原则
• 3.3 监测系统
• 3.3.1 实时监测
• 3.3.2 定期监测
• 3.4 监测点及监测方法
• 3.4.1 布点方案原则
• 3.4.2 监测数据的特殊要求
• 3.4.3 各监测内容测点布置汇总
• 3.4.4 定期监测
• 3.5 传感器子系统
• 3.5.1 设备选型原则
• 3.5.2 风速风向仪
• 3.5.3 静力水准仪
• 3.5.4 索力
• 3.5.5 加速度
• 3.5.6 光纤传感器
• 3.5.7 疲劳计
• 3.6 监测仪器汇总表
• 3.7 小结
• 第四章 大跨径钢桁拱桥服役状态监测预警
• 4.1 恒载对主要节点的影响
• 4.2 活载对主要节点的影响
• 4.3 风荷载对主要节点的影响
• 4.4 温度对主要节点的影响
• 4.5 组合工况对主要节点的影响
• 4.6 提取控制预警值
• 4.7 小结
• 第五章 桥梁状态评价
• 5.1 评价的内容
• 5.2 安全状态分级
• 5.3 数据采集及处理方案
• 5.3.1 数据采集的三个阶段
• 5.3.2 数据采集时间
• 5.3.3 数据处理
• 5.3.4 两级评估
• 5.4 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 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