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基于健康监测数据的钢桥疲劳分析系统开发原理及实现

发布时间:2019-05-20 04:38
【摘要】:随着我国国民经济的迅猛发展和交通荷载的不断增加,桥梁建设的力度大大提高。由于钢桥具备跨越能力大、自重轻、适合工业化生产和安装等优点,一大批钢结构桥梁相继建成。对于这些钢桥来说,疲劳破坏是其主要失效模式之一。许多大型钢桥已安装了健康监测系统,或利用应力(应变)计获取监测部位的应力(应变)时程数据,或利用动态称重系统(Weigh-In-Motion,WIM)获取车辆参数,以对钢桥进行实时监测和疲劳损伤预警。然而,目前缺少一种通用的钢桥疲劳分析软件,可以对实测应力时程数据进行疲劳分析,也可对动态称重系统统计的车辆数据进行有效的分析和计算;大多数疲劳分析软件工具也缺少频域法进行疲劳分析的内容,更存在界面简陋、操作繁琐、功能不全、说明不详等缺点,给使用者造成了很大的不便。针对以上问题,本文分析了基于健康监测数据的钢桥疲劳分析系统开发原理,并使用MATLAB GUI工具箱制作了一款疲劳分析系统软件工具——钢桥疲劳分析系统(版本v1.0)(Steel Bridge Fatigue Analysis System,SBFAS(V 1.0)),以方便工程实际中的钢桥疲劳分析。具体研究成果如下:1)总结了获取应力数据的规范法和实测法,并详细阐述了利用动态称重系统获取的车辆数据模拟交通流、获取应力时程数据的具体方法,命名为WIM法;2)论证了使用频域法进行疲劳分析所需要的数据采样、时频转换、功率谱密度(PSD)估计以及Dirlik经验法,并把频域法引入到钢桥疲劳分析中;3)使用MATLAB GUI工具箱编制了一套基于健康监测数据的钢桥疲劳分析系统(Steel Bridge Fatigue Analysis System,SBFAS(V 1.0)),该系统可对实测采集的应力时程数据进行疲劳剩余寿命计算,也可对动态称重系统采集的车辆数据进行统计分析,获取应力时程数据,进而进行疲劳剩余寿命计算;该系统可精确调用Microsoft Access等数据库软件中存储的应力数据,自由选择分析时间段、疲劳细节和分析方法,并可利用基于COM标准的ActiveX控件接口技术生成Word文档,自动生成疲劳分析报告,具有实用性、方便性、灵活性、综合性等特点,是一款功能强大的钢桥疲劳分析系统工具;4)以唐山市某钢桥实测应力数据和天津市某钢桥动态称重系统实测车辆数据为依据,利用SBFAS(V 1.0)进行了疲劳分析,验证了软件的可行性和准确性。
[Abstract]:With the rapid development of our national economy and the increasing traffic load, the strength of bridge construction has been greatly improved. Because of the advantages of steel bridge, such as large span capacity, light weight, suitable for industrial production and installation, a large number of steel structure bridges have been built one after another. For these steel bridges, fatigue failure is one of the main failure modes. Many large steel bridges have been equipped with health monitoring systems, or stress (strain) time history data at monitoring sites have been obtained by stress (strain) meters, or vehicle parameters have been obtained by dynamic weighing systems (Weigh-In-Motion,WIM). In order to monitor the steel bridge in real time and warn the fatigue damage. However, there is a lack of a general fatigue analysis software for steel bridges, which can carry out fatigue analysis of measured stress time history data, and can also effectively analyze and calculate the vehicle data of dynamic weighing system. Most fatigue analysis software tools also lack the content of frequency domain method for fatigue analysis, and there are some shortcomings, such as simple interface, tedious operation, incomplete function, unknown explanation and so on, which cause great inconvenience to users. In order to solve the above problems, the development principle of fatigue analysis system for steel bridge based on health monitoring data is analyzed in this paper. A fatigue analysis system software tool, steel bridge fatigue analysis system (version v1.0) (Steel Bridge Fatigue Analysis System,SBFAS (V 1.0), is made by using MATLAB GUI toolbox to facilitate the fatigue analysis of steel bridge in engineering practice. The concrete research results are as follows: 1) the standard method and actual measurement method for obtaining stress data are summarized, and the concrete method of simulating traffic flow and obtaining stress time history data by using vehicle data obtained by dynamic weighing system is described in detail, which is named WIM method. 2) the data sampling, time-frequency conversion, power spectral density (PSD) estimation and Dirlik empirical method for fatigue analysis using frequency domain method are demonstrated, and the frequency domain method is introduced into the fatigue analysis of steel bridges. 3) A steel bridge fatigue analysis system (Steel Bridge Fatigue Analysis System,SBFAS (V 1.0),) based on health monitoring data is developed by using MATLAB GUI toolbox. The system can calculate the fatigue residual life of the measured stress time history data. The vehicle data collected by the dynamic weighing system can also be statistically analyzed, and the stress time history data can be obtained, and then the fatigue residual life can be calculated. The system can accurately call the stress data stored in Microsoft Access and other database software, freely select the analysis time period, fatigue details and analysis methods, and can use the ActiveX control interface technology based on COM standard to generate Word documents. Automatic generation of fatigue analysis report, with practical, convenient, flexible, comprehensive and other characteristics, is a powerful steel bridge fatigue analysis system tool; 4) based on the measured stress data of a steel bridge in Tangshan City and the measured vehicle data of a dynamic weighing system of a steel bridge in Tianjin, the fatigue analysis is carried out by using SBFAS (V 1.0), and the feasibility and accuracy of the software are verified.
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:U441.4

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本文编号:2481356

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