在役T构桥梁健康监测研究

论文摘要

大型桥梁的安全运营已经成为关系到国计民生的重大问题,而桥梁健康监测系统的建立,能够帮助桥梁管理者实时掌握桥梁的实际运营状态并及时制定相应的养护维修策略,从而可以大大提高检测效率、节省维修费用。因此,建立大型桥梁长期健康监测与状态评估系统具有很好的经济效益和社会效益。本文以在役的324国道乌龙江大桥作为工程背景,参考已建的桥梁健康监测系统,建立了一套适合在役T构桥梁的长期健康监测与状态评估系统。论文的主要研究工作和结论如下：（1）采用大型有限元结构分析通用软件ANSYS,建立了乌龙江大桥的三维有限元模型,并基于大桥的静、动载试验对有限元模型进行了修正,从而得到一个能够反映桥梁实际状态、可服务于乌龙江大桥长期健康监测系统的“基准”有限元模型。利用“基准”有限元模型计算桥梁在最不利活载作用下的挠度、应力阈值,建立了乌龙江大桥的挠度预警模型和应力预警模型。（2）在借鉴当前国内外桥梁健康监测与状态评估理论的基础上,构造了能够科学、全面地反映在役T构桥梁运营状态的递阶层次结构模型,并将其应用于在役的乌龙江大桥；以不确定型层次分析法为基础,并综合应用群判断理论、集值统计原理、重心决策理论以及变权原理等基本理论,建立了乌龙江大桥的综合状态评估系统。（3）研究了底层评估指标权重的计算方法,引入极值差值比较法（强度储备比较法）来判定各挠度、应力测点的权重值,该方法避免了人为主观因素的影响,使得底层指标的评估结果更为合理。（4）建立了在役T构桥梁的健康监测系统,该系统实现了在役T构桥梁的实时在线监测和状态评估功能,为大桥的管理部门提供了决策依据；并采用Visual C++语言开发了在役T构桥梁的综合评估系统软件,该软件能够对实时监测得到的海量数据进行分析处理,从而帮助桥梁管理部门及时了解桥梁的安全状态。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 课题研究的意义
• 1.3 国内外相关研究现状
• 1.3.1 桥梁健康监测的概念
• 1.3.2 桥梁健康监测研究现状
• 1.3.3 有限元模型修正研究现状
• 1.3.4 桥梁结构状态评估方法研究现状
• 1.3.4.1 国内外桥梁评估研究现状
• 1.3.4.2 常用桥梁状态评估方法简介
• 1.4 存在的问题
• 1.5 本文主要研究内容
• 第二章 在役T构桥梁有限元模型的建立与修正
• 2.1 在役T构桥梁有限元模型的建立
• 2.1.1 背景工程概况
• 2.1.2 三维有限元模型的建立
• 2.2 基于实测数据的在役T构桥梁有限元模型修正
• 2.2.1 模型修正前的静动力特性比较
• 2.2.1.1 乌龙江大桥现场静、动载试验简介
• 2.2.1.2 模型修正前静动力特性实测值与有限元计算值的比较
• 2.2.2 修正参数的选择
• 2.2.2.1 待修正参数灵敏度分析
• 2.2.2.2 修正参数的选择及其范围的确定
• 2.2.3 有限元模型修正
• 2.2.3.1 目标函数和约束条件选取
• 2.2.3.2 修正方法
• 2.2.3.3 有限元模型修正结果
• 2.3 本章小结
• 第三章 在役T构桥梁结构综合状态评估
• 3.1 桥梁状态评估方法概述
• 3.1.1 层次分析法的概念及其缺陷
• 3.1.2 不确定型层次分析法的产生
• 3.1.3 群判断理论
• 3.1.4 集值统计原理与重心决策理论在桥梁评估中的应用
• 3.1.5 变权综合原理
• 3.2 在役T构桥层次分析结构模型的建立
• 3.3 在役T构桥状态评定指标权重的确定
• 3.3.1 指标权重专家调查表
• 3.3.2 各层指标初始权重的确定
• 3.3.3 群组决策方法统计权重
• 3.4 底层评估指标评分值的确定
• 3.4.1 第一类评估指标
• 3.4.2 第二类评估指标
• 3.4.3 第三类评估指标
• 3.5 在役T构桥梁状态总体评分值及评价标准
• 3.5.1 利用变权原理的桥梁状态总体评分值
• 3.5.2 桥梁状态评价标准
• 3.6 本章小结
• 第四章 在役T构桥梁健康监测系统的设计与实施
• 4.1 在役T构桥梁健康监测系统总体设计
• 4.1.1 在役T构桥梁健康监测系统设计目标
• 4.1.2 在役T构桥梁健康监测系统构成
• 4.1.3 在役T构桥梁健康监测系统模块功能分析
• 4.2 监测项目与传感器布置
• 4.2.1 监测项目
• 4.2.2 传感器布置原则
• 4.2.3 传感器布置方案与实施
• 4.2.3.1 应力监测系统的布置
• 4.2.3.2 位移监测系统的布置
• 4.2.3.3 加速度监测系统的布置
• 4.2.3.4 环境监测系统
• 4.3 监测数据的管理与分析
• 4.3.1 挠度数据的处理与分析
• 4.3.1.1 挠度测点权重的确定
• 4.3.1.2 挠度数据的评分量化
• 4.3.1.3 挠度预警模型的建立
• 4.3.1.4 主梁挠度评估实例
• 4.3.2 应力数据的处理与分析
• 4.3.2.1 应力测点权重的确定
• 4.3.2.2 应力数据的评分量化
• 4.3.2.3 应力预警模型的建立
• 4.3.2.4 主梁应力评估实例
• 4.4 在役T构桥梁健康监测系统软件的开发
• 4.4.1 健康监测系统软件的功能设计
• 4.4.2 健康监测系统软件使用介绍
• 4.4.2.1 程序启动
• 4.4.2.2 桥梁实时监测系统模块
• 4.4.2.3 桥梁预警系统模块
• 4.4.2.4 桥梁状态评估系统模块
• 4.5 本章小结
• 结论与展望
• 1 主要研究成果
• 2 今后研究展望
• 致谢
• 个人简历
• 参考文献