大跨斜拉桥养护管理与健康监测的数据融合技术与方法分析

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1、第四章特征级融合⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯324．1概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯324．2初始有限元模型建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯324．2．1斜拉桥概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯324．2．2材料参数及各类荷载模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯334．2．3全桥有限元模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯344．3桥梁有限元模型修正⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯354．3．1有限元模型修正概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯354．3．2基于动力有限元模型的修正方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

2、⋯⋯⋯364．3．3基于静力有限元模型的修正方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯364．3．4联合静动力测试数据的有限元模型修正法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯374．4联合静动力有限元模型的修正⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯374．4．1待修正参数的选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯384．4．2目标函数的构造⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯384．4．3优化算法的选取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯404．5桥梁初始有限元模型修正⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯404．5．1修正前静动力响应比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯414．5．2有限元模型修正参数选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

3、⋯⋯⋯⋯⋯⋯424．5．3目标函数构建及优化算法的选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯444．5．4有限元模型修正结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯444．6桥梁时变有限元模型的修正⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯464．6．1修正参数的选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯464．6．2斜拉索结构时变模型修正⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯464．6．3混凝土横梁时变模型修正⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯494．6．4钢箱梁及钢塔柱时变模型修正⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯514．6．5斜拉桥时变模型修正实例⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯514．7桥梁时变有限元模型计算结果与桥梁健康监

4、测系统结果比较⋯⋯534．7．1该斜拉桥索力计算值与监测值对比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯534．7．2该斜拉桥挠度计算值与监测值对比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯554．7．3该斜拉桥主梁应力计算值与监测值对比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯564．8本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯57第五章决策级融合⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯595．1概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯595．2基于融合的桥梁承载能力评估⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯595．2．1桥梁承载能力评估⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯595．2．2基于融合的桥梁承载能力

5、评估⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯605．2．3基于融合的桥梁承载能力评估结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯60TV5．3本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯63第六章结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯646．1主要研究结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯646．2研究工作展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯65参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一66作者简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一71致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

6、⋯⋯⋯72V第一章绪论1．1研究的目的与意义我国疆土幅员辽阔，江河湖泊和大小山脉遍布全国。随着科学技术和交通事业发展的与日俱进，各式各样的立交桥、高架桥，上千米的海湾、海峡大桥等在我国版图上出现的越来越多。作为交通运输中至关重要的枢纽，桥梁尤其是大跨度桥梁在我国国民经济和社会生活中起着举足轻重的作用。斜拉桥凭借着外形美观、结构合理、跨越能力大等诸多优点日渐成为大跨度桥梁中主流桥型之一，在世界范围内广泛修建。据不完全统计，全球己建成或在建的各类斜拉桥总数达400多座，我国已有100多座斜拉桥，成为世界上建造斜拉桥最多的国家【l】。我国斜拉桥除了数量多，在跨度上也是名列世

7、界前茅，截止2012年6月底，世界建成及在建跨度400m以上斜拉桥有85座，中国占39座，世界上十大斜拉桥我国雄踞7座。在长期的运营过程中，斜拉桥难免会发生各种病害和损伤，如果得不到及时的检测和维修，轻则影响行车安全并缩短桥梁使用寿命，重则导致桥梁突然的破坏和倒塌【2‘3

8、，造成重大的人民生命和财产损失。委内瑞拉的Maracaibo桥梁，建成18年后发现超过500根的断丝，拉索锚固端锈蚀严重，随后在维修中更换了全桥的38根拉索，耗资5000万美元。原联邦德国的KohlbrandEstuary桥，建成3年后发现25根断丝，建成5年后将88根拉索全部更换