復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下基于區(qū)域分布傳感技術(shù)的結(jié)構(gòu)識(shí)別及性能預(yù)測(cè)理論.pdf

1、近幾十年來，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的研究形成的技術(shù)成果已在各類土木工程結(jié)構(gòu)上得到初步應(yīng)用。國(guó)際上僅特大橋梁已有300多座安裝了各類高價(jià)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。這些健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)于應(yīng)對(duì)突發(fā)事件等方面發(fā)揮了積極作用，但由于存在著較多的問題，仍無法實(shí)現(xiàn)“健康”監(jiān)測(cè)，如:現(xiàn)有的傳感技術(shù)多為點(diǎn)式傳感，在應(yīng)用于體型巨大構(gòu)造復(fù)雜的土木結(jié)構(gòu)時(shí)具有一定的局限性;海量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)性能的相關(guān)性弱，缺乏關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo);傳感器種類和數(shù)量多，系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜，海量數(shù)據(jù)難以有效處理等。國(guó)內(nèi)

2、外不少學(xué)者研發(fā)了多種的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別和定位等的方法，但是由于大跨橋梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體量巨大、冗余度高以及環(huán)境因素的影響，將這些方法應(yīng)用到實(shí)橋結(jié)構(gòu)的海量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)還無法保證狀態(tài)預(yù)警和評(píng)估的有效性。因此，針對(duì)以上問題，本文開發(fā)了適用于大型土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的區(qū)域分布傳感技術(shù)和理論方法。本文的研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)基于區(qū)域分布傳感技術(shù)的系桿拱橋（系梁、拱肋）的變形分布識(shí)別方法
　　對(duì)于系梁的變形分布識(shí)別，通過確定系梁上

3、的軸應(yīng)變分布，并在一種特殊的傳感器布置幫助下，從長(zhǎng)標(biāo)距傳感器測(cè)量的應(yīng)變中分離出需要的彎曲應(yīng)變?nèi)ス烙?jì)系梁的變形分布;對(duì)于拱肋的變形分布識(shí)別，由于拱肋截面上的彎矩和軸力都對(duì)拱肋的變形做出貢獻(xiàn)，將拱肋上由彎矩應(yīng)變和軸力應(yīng)變分別引起的曲率作為荷載，施加在其共軛簡(jiǎn)支梁上，利用該共軛簡(jiǎn)支梁上計(jì)算的彎矩去識(shí)別拱肋的豎向變形分布。
　　(2)用于有效估計(jì)系桿拱橋變形分布的傳感器優(yōu)化布置方案
　　利用有限元模型和力學(xué)模型確定系桿拱橋的多個(gè)目標(biāo)

4、荷載工況，并提取多目標(biāo)荷載工況下的特征曲線。這樣，可從特征曲線上選取一定數(shù)目的特征點(diǎn)去擬合該曲線，并使得擬合的誤差最小。這組特征點(diǎn)可確定一個(gè)傳感器優(yōu)化布置方案;依次增加特征點(diǎn)數(shù)目可以確定出多套傳感器優(yōu)化布置方案使得估計(jì)的系桿拱橋的變形分布精度最高。
　　(3)基于現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)測(cè)試下的影響線校準(zhǔn)
　　以連續(xù)梁的影響線校準(zhǔn)為例，基于力法原理推導(dǎo)出連續(xù)梁的理論影響線公式，通過利用理論影響線去模擬校準(zhǔn)測(cè)試下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，并與實(shí)測(cè)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)

5、對(duì)比，得到各個(gè)傳感單元影響線的校準(zhǔn)系數(shù)，對(duì)理論影響線進(jìn)行校準(zhǔn)，獲得實(shí)橋的校準(zhǔn)影響線表達(dá)公式。
　　(4)基于區(qū)域分布傳感技術(shù)的橋梁動(dòng)態(tài)稱重方法
　　本方法以結(jié)構(gòu)的影響線表達(dá)公式為基礎(chǔ)，在沒有車軸識(shí)別器的情況下，采用橋梁支座附近測(cè)量的應(yīng)變?nèi)ス烙?jì)橋梁上的車軸數(shù)、車間距和軸重比參數(shù);通過消除軸間距和軸重比對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的最大應(yīng)變值的影響去修正最大值，利用現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證工況下修正的最大應(yīng)變與校準(zhǔn)測(cè)試下的相應(yīng)值進(jìn)行比較識(shí)別出車軸重，結(jié)合前面識(shí)別

6、的軸重比進(jìn)一步識(shí)別出各車軸重。采用最大應(yīng)變值的方法去識(shí)別車重具有魯棒性和抗噪能力。
　　(5)基于CMIF法的宏應(yīng)變?nèi)岫壤碚?br>　　通過和CMIF法識(shí)別位移柔度理論對(duì)比，本文提出的識(shí)別宏應(yīng)變?nèi)岫壤碚摰姆椒ò☉?yīng)變頻響函數(shù)矩陣的奇異值分解和應(yīng)變振型的識(shí)別;在識(shí)別的應(yīng)變陣型基礎(chǔ)上，通過共軛梁法可識(shí)別位移振型;增強(qiáng)頻響函數(shù)的計(jì)算以及基本模態(tài)參數(shù)的識(shí)別。最后，由這些模態(tài)參數(shù)識(shí)別結(jié)構(gòu)的宏應(yīng)變?nèi)岫染仃嚒?br>　　(6)基于橋梁快速評(píng)估方