钢管混凝土系杆拱桥健康监测与性能评价研究 ——以成都市青龙场立交桥为例

论文摘要

既有桥梁健康监测及性能评价系统研究,主要是针对既有桥梁在运营阶段的工作状态及其工作环境进行实时自动监测,并对其结构性能进行实时评价,将监测所得到的信息用于分析结构的健康状况,评价桥梁承受静、动荷载的能力以及结构的安全可靠性,为桥梁的运营、管理、维护提供科学的决策依据。本文将从基本理论和实际运用两方面,以成都市青龙场钢管混凝土系杆拱桥为依托,进行既有桥梁健康监测和性能评价系统研究。首先分析了该桥的特点及难点,以及周边环境对系统的特殊要求；然后对监测内容及监测方法、传感器的选用和合理布设方法、损伤识别和性能评价的相关理论和常用的方法等进行了研究论述,应用模态动能法进行损伤区域识别,我们探索了一种切合实际、简单明了、容易实现的方法：即“基于设计理论的极值包络法”,用于对既有桥梁进行多因素、多参数、多状态的损伤诊断和性能评价；通过有针对性地考虑具体桥梁的结构特征、施工状况和运营历史,对结构进行空间有限元建模,进行桥梁运营中各种最不利荷载作用的计算分析,综合考虑可能出现的破坏形式及组合方式,求得桥梁在设计荷载作用下的各传感器位置的极限控制值,将其作为基准值以评判桥梁在实际运营中的动态响应情况,并据此对结构的损伤进行报警,对结构的具体损伤构件和损伤区域进行定位,并对结构承载能力进行评价,为下一步的管养措施提供决策依据。本文对既有桥梁的损伤识别和性能评价方法可为其他类型复杂的城市桥梁和高速公路桥梁的运营监控提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 引言
• 1.1. 选题依据及研究意义
• 1.2. 国内外桥梁健康监测系统研究现状
• 1.2.1. 国际现状
• 1.2.2. 国内现状
• 1.3. 本文课题来源
• 1.4. 本文的研究内容和技术路线
• 第2章 桥梁监测项目及监测方法的研究
• 2.1. 桥梁现状对本系统的要求及解决方法
• 2.2. 系统的监测项目的选择
• 2.3. 监测内容及监测方法的确定
• 2.3.1. 环境监测
• 2.3.2. 几何变形监测
• 2.3.3. 荷载状况监测
• 2.3.4. 桥梁结构静、动力效应的监测
• 第3章 传感器布设和损伤评价等关键技术的分析
• 3.1. 传感器的选用和优化布设
• 3.1.1. 传感器的选用类型比较
• 3.1.2. 光纤传感系统的基本原理
• 3.1.3. 光纤光栅传感系统在本系统中的应用
• 3.1.4. 传感器的优化布设
• 3.2. 损伤识别的基本原理及评价方法研究
• 3.2.1. 损伤识别的基本原理
• 3.2.2. 主要性能评价方法
• 3.3. 本系统中的损伤诊断和性能评价方法研究
• 3.3.1. “基于设计理论的极值包络法”的原理
• 3.3.2. “基于设计理论的极值包络法”的发展
• 第4章 青龙场钢管混凝土系杆拱桥健康监测的实施及初步成果
• 4.1. 传感器合理布置位置的确定
• 4.1.1. 自振特性分析
• 4.1.2. 传感器合理布置位置
• 4.2. 状态数据采集监测
• 4.2.1. 结构变位监测
• 4.2.2. 吊杆索力监测
• 4.2.3. 系杆索力监测
• 4.2.4. 应力（应变）监测
• 4.2.5. 温度场监测
• 4.3. 监测数据分析和性能评价
• 4.3.1. 设计最不利活载计算分析
• 4.3.2. 基础沉降计算分析
• 4.3.3. 第一类稳定分析（曲屈分析）
• 4.4. 系统建成后的初步成果
• 第5章 结论
• 5.1. 系统研究解决和实现的问题
• 5.2. 系统将来的研究方向及应用前景
• 致谢
• 参考文献