基于桥梁监测数据的结构性能三层次评估方法

发布时间：2017-09-12 06:29

  本文关键词：基于桥梁监测数据的结构性能三层次评估方法

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【摘要】：世界各国都拥有巨大体量的基础设施工程结构,维护管理经费的不足使得工程结构安全、耐久与健康问题愈加严重。如何能够有效的对工程结构进行性能评估,从而正确完善的维护管理工程结构是业界难题。本文以桥梁结构为主体,通过综述世界各国关于桥梁性能评估的规范操作方法,从传感技术、模态参数识别理论两个层面思考如何能够更好的进行结构性能评估,并提出基于桥梁监测数据的三层次性能评估方法。其主要内容以及创新点主要有以下几个：(1)介绍了长标距应变传感技术。良好的数据来源是结构性能评估的大前提,结构健康监测技术发展若干年来,所出现的纷繁多样的传感技术都因为各种局限性,使得所测量数据很难用于准确的性能评估。在本文中提出基于长标距应变的分布区域传感技术,通过有限元分析,将桥梁结构划分为重点区域和非重点区域来布置传感器,兼顾了全结构性能参数识别的同时也减少了不必要的传感器浪费,长标距应变技术也实现了宏微观结构参量的准确测量。并在论文中对常规结构布设、安装、采集、存储等做了相关规定,保障后续结构性能评估拥有稳定的数据来源。(2)丰富了长标距应变模态分析理论。结构模态参数一直以来都是我们了解结构性能状况最为直接的方式,如何从采集的数据中准确的识别结构的模态参数一直是难点。本文中,通过扩展传统位移模态参数识别理论,丰富完善了长标距应变模态分析理论。在实现识别结构基本参数(频率、阻尼、振型)的基础上,了解了应变频响函数矩阵中包含更多结构信息,以次实现了更深层次参数结构应变柔度的识别,为结构性能评估奠定了良好的理论基础。(3)提出了质量未知条件下的应变柔度识别方法。文中研究了应变频响函数与应变柔度之间的关系,发现应变频响函数在频率为零处等于结构的应变柔度系数,分别从实模态和复模态频响函数中推导应变柔度计算公式,实模态下需要知道结构质量归一化的应变振型,复模态下需要知道模态缩放系数。采用PolyMAX法,可以在未知质量情况下,直接实现对测量的应变频响函数进行参数识别,对于工程实践具有重要意义。同时针对传统方法难以识别密集模态这一挑战性问题,提出了窄频带内的参数识别法,大幅减少计算时间还能获得更为精确的结果。为结构性能评估提供了深层次参数识别的理论基础。(4)提出了三层次性能评估方法。世界各国桥梁性能评估规范中,均以人工检测辅助一定自动化检测装备进行性能评估,受人工主观意识影响较大,同时检测过程很难得到连续的监测,对于结构动态变化了解甚少。在此基础上,创新性的提出三层次性能评估方法,依托长标距传感技术以及长标距应变模态理论,对监测数据由浅及深,层层推进,挖掘数据中的有效结构信息。通过第一层次数据预处理及性能报警,去除错误数据,修复异常数据,并发现结构异常状况；通过第二层次在较高质量的数据中进行深层次参数识别,损伤识别,进而进行性能评估；第三层次提炼第二层次性能评估结果进行历史数据累积,进行结构剩余寿命预测。并将该过程与传统性能评估规范进行结合,旨在推动健康监测数据真正融入结构性能评估过程中,从而实现智能化监测和动态评估。
【关键词】：性能评估 长标距应变 参数识别 冲击振动
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U446
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第1章 绪论14-26
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 健康监测技术兴起及发展15-19
• 1.2.1 工程结构维护管理理念15-16
• 1.2.2 工程结构检测评估方法16-18
• 1.2.3 结构健康监测技术发展18-19
• 1.3 桥梁性能评估规范发展状况19-23
• 1.3.1 技术能力评定规范19-20
• 1.3.2 承载能力评定规范20-23
• 1.4 基于监测数据的性能评估方法初探23-24
• 1.5 本论文主要研究内容24-26
• 1.5.1 主要研究内容及创新点24-25
• 1.5.2 论文结构安排25-26
• 第2章 长标距应变传感技术与桥梁性能评估26-38
• 2.1 传感技术与性能评估26
• 2.2 结构区域分布传感理念26-27
• 2.3 长标距传感技术27-30
• 2.3.1 长标距FBG传感技术28
• 2.3.2 长标距布里渊散射光纤传感技术28-29
• 2.3.3 长标距碳纤维传感技术29
• 2.3.4 传感技术分类29-30
• 2.4 长标距传感器布设方式30-33
• 2.4.1 典型监测指标的传感器布设方案30-32
• 2.4.2 桥梁结构传感器布设方案32-33
• 2.5 传感器现场安装与数据管理33-37
• 2.5.1 光纤传感器连接方式33-34
• 2.5.2 光纤传感器安装方式34-35
• 2.5.3 传感数据的采集、处理、传输与存储管理35-37
• 2.6 本章小节37-38
• 第3章 基于长标距应变数据的结构参数识别38-64
• 3.1 结构参数识别与性能评估38
• 3.2 传统结构参数识别理论38-45
• 3.2.1 频响函数定义38-40
• 3.2.2 实模态频响函数推导40-41
• 3.2.3 复模态频响函数推导41-43
• 3.2.4 振动系统频响函数估计43-45
• 3.3 长标距应变参数识别理论45-53
• 3.3.1 梁弯曲变形理论及共轭梁法45-47
• 3.3.2 点式应变频响函数定义47-48
• 3.3.3 实模态长标距应变频响函数定义48-49
• 3.3.4 复模态长标距应变频响函数定义49-50
• 3.3.5 频响函数矩阵特征对比50-53
• 3.4 长标距应变柔度参数识别53-55
• 3.4.1 长标距应变柔度概念53
• 3.4.2 应变频响函数和应变柔度矩阵的关系53-54
• 3.4.3 频响函数频域表示模型54-55
• 3.5 PolyMAX法长标距应变参数识别55-63
• 3.5.1 频响函数的误差函数55-57
• 3.5.2 缩减正则方程57-58
• 3.5.3 基本模态参数识别58-60
• 3.5.4 应变振型、应变柔度识别60-61
• 3.5.5 窄带内的应变柔度识别61-63
• 3.6 本章小结63-64
• 第4章 三层次性能评估方法64-98
• 4.1 结构性能评估方法概述64-65
• 4.2 监测数据在检测规范中的应用65-71
• 4.2.1 桥梁检测规范方法65-66
• 4.2.2 隧道检测规范方法66-68
• 4.2.3 建筑结构检测规范方法68
• 4.2.4 监测数据在检测过程中的应用68-71
• 4.3 三层次性能评估方法概述71-72
• 4.4 第一层次—结构异常分析与功能预警72-79
• 4.4.1 基本概念72-73
• 4.4.2 异常数据预处理技术73-75
• 4.4.3 预警指标设定方法75-79
• 4.5 第二层次—结构性能评估79-92
• 4.5.1 基本概念79-80
• 4.5.2 基于长标距应变模态的损伤识别80-87
• 4.5.3 基于长标距应变PolyMAX法参数识别及性能评估87-92
• 4.6 第三层次—长寿命周期性能评估92-96
• 4.6.1 基本概念92
• 4.6.2 桥梁结构性能劣化预测及剩余寿命评估92-93
• 4.6.3 基于可靠度理论的桥梁结构性能评估方法93-94
• 4.6.4 基于结构疲劳特性的结构寿命预测方法94-96
• 4.7 本章小结96-98
• 第5章 总结与展望98-100
• 5.1 全文工作总结98-99
• 5.2 后续工作展望99-100
• 致谢100-102
• 参考文献102-106
• 作者简介106

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本文编号：835633