基于車-橋一體化監(jiān)測(cè)的鐵路鋼橋損傷預(yù)警及可靠度評(píng)估研究.pdf

1、橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中損傷預(yù)警與狀態(tài)評(píng)估是其中最為重要的兩個(gè)方面，如何有效、準(zhǔn)確地對(duì)橋梁監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)損傷預(yù)警與狀態(tài)評(píng)估是目前國(guó)內(nèi)外所研究的熱點(diǎn)。本文以普速和高速典型大型橋梁為工程背景，圍繞損傷預(yù)警與狀態(tài)評(píng)估兩個(gè)研究方向，系統(tǒng)地開展了基于健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的橋梁結(jié)構(gòu)整體損傷預(yù)警、承載力可靠性評(píng)估與疲勞可靠性評(píng)估的應(yīng)用研究。本文所取得的主要研究成果如下:
　　(1)采用靈敏度分析方法研究了橋梁損傷對(duì)車-橋耦合系統(tǒng)的影

2、響，結(jié)果表明:橋梁損傷對(duì)橋梁響應(yīng)的影響遠(yuǎn)大于對(duì)車輛的影響，且損傷對(duì)跨中附近節(jié)點(diǎn)加速度響應(yīng)影響最大，速度次之，位移最小。并提出了基于單測(cè)點(diǎn)加速度響應(yīng)互相關(guān)函數(shù)的靈敏度損傷識(shí)別方法，該方法對(duì)4％以下的小損傷識(shí)別效果較好，且具有一定的抗噪性。
　　(2)建立了大橋加速度數(shù)據(jù)的時(shí)域ARMA模型，分析了該模型的穩(wěn)定性及對(duì)損傷的敏感性，結(jié)果表明:環(huán)境因素對(duì)該模型的影響不大，AR系數(shù)會(huì)隨著損傷的發(fā)生而出現(xiàn)波動(dòng)。提出了基于AR系數(shù)的橋梁損傷預(yù)警指

3、標(biāo)及預(yù)警方法，并采用多樣本假設(shè)檢驗(yàn)識(shí)別了預(yù)警指標(biāo)的微小變化，說明采用該預(yù)警指標(biāo)和預(yù)警方法能有效地判斷橋梁結(jié)構(gòu)損傷的發(fā)生。
　　(3)分析了環(huán)境溫度和車輛荷載對(duì)橋梁實(shí)測(cè)模態(tài)頻率的影響，應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了頻率與其之間的關(guān)系模型。提出了基于模態(tài)頻率的橋梁結(jié)構(gòu)整體損傷預(yù)警方法，該方法利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和多樣本假設(shè)檢驗(yàn)?zāi)茏R(shí)別出大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋頻率的微小變化，說明該方法具有良好的適用性，且能較為準(zhǔn)確的判斷橋梁結(jié)構(gòu)整體損傷的發(fā)生。
　　(

4、4)建立了基于健康監(jiān)測(cè)的橋梁承載力可靠度評(píng)估方法，系統(tǒng)地研究了一上承式和下承式鋼桁梁的承載力可靠指標(biāo)。分析了極限狀態(tài)方程中各參數(shù)的概率分布，并根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，基于概率論建立了荷載譜，實(shí)現(xiàn)了對(duì)任意桿件活載作用力分布的統(tǒng)計(jì)，研究了溫度荷載效應(yīng)對(duì)承載力可靠指標(biāo)的影響，結(jié)果表明:當(dāng)前橋梁承載力狀態(tài)滿足要求，溫度荷載效應(yīng)對(duì)端部下弦桿承載力可靠指標(biāo)影響較大，對(duì)跨中下弦桿可靠指標(biāo)影響較小。最后引入Bayes概率模型更新理論，保證統(tǒng)計(jì)的車輛活載作用力分布

5、能真實(shí)的反映實(shí)際情況。
　　(5)建立了基于健康監(jiān)測(cè)的鋼橋疲勞確定性評(píng)估方法與可靠度評(píng)估方法。根據(jù)Palmgren-Miner線性累積損傷理論與AASHTO規(guī)范中的S-N曲線分析了一上承式和下承式鉚接鋼桁梁重要桿件的確定性疲勞壽命與可靠度疲勞壽命，研究了車輛荷載增長(zhǎng)及荷載效應(yīng)對(duì)疲勞可靠度的影響，并根據(jù)β約界法計(jì)算了鋼橋系統(tǒng)疲勞可靠度，結(jié)果表明:基于可靠度的疲勞壽命遠(yuǎn)小于確定性疲勞壽命;系統(tǒng)疲勞可靠度小于構(gòu)件疲勞可靠度，但更符合實(shí)際

6、;車輛荷載增長(zhǎng)與等效應(yīng)力變異性的增加將導(dǎo)致疲勞可靠度減小。總的來看，采用該方法能夠合理的利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)橋梁進(jìn)行疲勞評(píng)估，可為鋼橋的養(yǎng)護(hù)維修提供科學(xué)依據(jù)。
　　(6)初步探討了車-橋耦合系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠性分析方法。將車-橋系統(tǒng)視為由車輛子系統(tǒng)與橋梁子系統(tǒng)組成的串聯(lián)系統(tǒng)，橋梁子系統(tǒng)以跨中橫向加速度作為安全指標(biāo)，車輛子系統(tǒng)以脫軌系數(shù)與輪重減載率作為安全指標(biāo)。分析結(jié)果表明:平均軸重對(duì)橋梁安全運(yùn)行可靠性影響較大，列車運(yùn)行速度對(duì)車輛運(yùn)行安全可