基于長(zhǎng)期靜態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的大型橋梁安全狀態(tài)評(píng)估方法研究.pdf

1、大型橋梁結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)和安全狀態(tài)評(píng)估能夠?qū)Y(jié)構(gòu)的安全隱患提前預(yù)警從而防止重大災(zāi)害事故的發(fā)生，是當(dāng)前土木工程領(lǐng)域的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容之一，并逐步在工程實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮作用。本文利用橋梁恒載在總荷載中占較大比例，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)損傷反應(yīng)相對(duì)敏感的特點(diǎn)，提出從長(zhǎng)期靜態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中提取恒載效應(yīng)進(jìn)行大型橋梁安全狀態(tài)評(píng)估的方法，分別從結(jié)構(gòu)恒載效應(yīng)信息的提取、反演損傷識(shí)別方法和靜態(tài)測(cè)點(diǎn)優(yōu)化布設(shè)方法三個(gè)方面進(jìn)行系統(tǒng)研究，探索大型橋梁健康監(jiān)測(cè)和長(zhǎng)期安全狀態(tài)評(píng)估新的理論和

2、方法。
　　 論文的主要研究?jī)?nèi)容和研究結(jié)果包括：
　　 ①基于長(zhǎng)期靜態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的橋梁結(jié)構(gòu)恒載效應(yīng)信息提取方法研究
　　 根據(jù)大型橋梁響應(yīng)中各種作用效應(yīng)的重現(xiàn)周期，分析其在長(zhǎng)期靜態(tài)監(jiān)測(cè)信號(hào)頻域中的分布特征，提出了在測(cè)試信號(hào)中將活荷載、測(cè)試誤差、溫度和混凝土收縮徐變效應(yīng)信號(hào)分離，從而提取恒載效應(yīng)變化量信號(hào)作為損傷信息的方法，主要包括：將k-均值聚類、離子群優(yōu)化算法、RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與巴特沃斯濾波器相結(jié)合，提出了自適應(yīng)變

3、帶寬溫差作用效應(yīng)分離方法，利用日溫差效應(yīng)得出溫度預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)年溫差效應(yīng)的分離；基于AC1209、我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范和B3模型的數(shù)學(xué)理論模型，建立了混凝土收縮徐變?cè)隽款A(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)了收縮徐變效應(yīng)的分離；根據(jù)活荷載、測(cè)試誤差效應(yīng)在監(jiān)測(cè)信號(hào)頻域的分布特征，采用低通濾波手段將其分離，從而實(shí)現(xiàn)了損傷信息的提取。
　　 通過數(shù)值仿真信號(hào)的分析表明：本文提出的分離方法能有效實(shí)現(xiàn)從長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)靜態(tài)數(shù)據(jù)中提取損傷信息。
　　 ②基于恒載效應(yīng)的

4、反演損傷識(shí)別方法研究
　　 大型橋梁結(jié)構(gòu)單元數(shù)量和待識(shí)別參數(shù)多，而實(shí)橋測(cè)點(diǎn)布設(shè)數(shù)量相對(duì)很少，導(dǎo)致現(xiàn)有反演損傷識(shí)別方法難于收斂到真實(shí)解且計(jì)算效率難以滿足實(shí)際需要。針對(duì)這兩個(gè)問題，建立了基于靜態(tài)數(shù)據(jù)的復(fù)合反演損傷識(shí)別方法，以實(shí)現(xiàn)大型橋梁損傷程度和損傷部位的判定。
　　 在復(fù)合反演損傷識(shí)別方法中，基于損傷函數(shù)引入高維空間降維技術(shù)，將損傷識(shí)別分為宏單元和有限元單元兩個(gè)層次，降低了各層次中反演計(jì)算待識(shí)別變量的個(gè)數(shù)；根據(jù)橋梁破壞通常

5、僅發(fā)生在局部的先驗(yàn)知識(shí)，引入基于無變化因子的變異操作方法，降低第二代非支配排序多目標(biāo)遺傳算法(NSGA-2)優(yōu)化求解時(shí)的搜索空間；融入了利用數(shù)學(xué)簡(jiǎn)化模型加快反演識(shí)別計(jì)算速度的進(jìn)化元模型方法，大大提高了復(fù)合反演損傷識(shí)別方法的計(jì)算效率。
　　 石板坡長(zhǎng)江復(fù)線橋的數(shù)值仿真算例表明，復(fù)合反演損傷識(shí)別方法能夠根據(jù)實(shí)橋布設(shè)的測(cè)點(diǎn)成功識(shí)別有限元單元層次的損傷部位和程度，且可將損傷識(shí)別的計(jì)算效率提高10倍左右。
　　 ③靜態(tài)測(cè)點(diǎn)優(yōu)化布設(shè)

6、方法研究
　　 根據(jù)恒載作用下?lián)p傷效應(yīng)具有局部性的特征并采用損傷敏感度最大化原則，提出了基于恒載效應(yīng)進(jìn)行測(cè)點(diǎn)優(yōu)化布設(shè)的有效影響域法。同時(shí)，將相對(duì)誤差算子融入該方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同靜態(tài)測(cè)試參量類型的優(yōu)化選取。
　　 ④安全狀態(tài)評(píng)估軟件實(shí)橋應(yīng)用研究
　　 基于VC++、Matlab和SQL Server數(shù)據(jù)庫技術(shù)，利用本文提出的基于長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)提取恒載效應(yīng)信息的方法以及復(fù)合反演損傷識(shí)別方法，開發(fā)了相應(yīng)的橋梁結(jié)構(gòu)安全狀