基于桥梁全寿命周期的损伤识别及状态评估研究

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1、分类号:U4410710-2014021019博士学位论文基于桥梁全寿命周期的损伤识别及状态评估研究吴多导师姓名职称刘来君教授申请学位级别工学博士学科专业名称桥梁与隧道工程论文提交日期2017年10月27日论文答辩日期2017年12月18日学位授予单位长安大学万方数据StudyonDamageIdentificationandStateEvaluationofBridgeLifeCycleADissertationSubmittedfortheDegreeofDoctorCandidate：WuDuoSupervisor：Prof.LiulaijunChang’anUn

2、iversity,Xi’an,China万方数据万方数据摘要随着地区间交通需求的日益迫切，越来越多的各类桥梁被架设在江河、湖泊、峡谷甚至海洋之上。为进一步完善桥梁管理、提高使用寿命，并且保障其正常寿命期间的安全，对大中型桥梁进行实时监测便显得尤为重要。然而，当前监测理论、方法的不完善，技术的不成熟，极大地限制了桥梁监测学科的发展。针对这一问题，本文对从桥梁建设期-运营期的全寿命过程监测入手，对各寿命阶段桥梁监测中的损伤识别、状态评估等方面进行理论分析与方法研究。并以沮河特大桥为工程背景，对构建桥梁全寿命一体化监测系统进行了探讨、分析。(1)首先，以目前桥梁测点优化布置的

3、常用方法与评估准则为基础，分析不同参数条件对测点优化布置的影响。其次，以一座典型桥梁为例，采用有效独立法、运动能量法以及QR分解的方法等传统优化方法对其进行测点布置问题研究，并以此为基础提出一种逐步加减序列法的精确测点布置方法。算例结果表明，本文提出的方法可较好地满足实际桥梁工程中传感器优化布置要求。(2)以灵敏度法为基础，对现阶段典型计算模型修正方法进行分析，提出一种分阶段逐步修正的桥梁模型修正方法。通过对结构整体构件参数、局部构件参数进行两阶段的逐步修正，以特征参数为目标进行函数拟合操作，可大大提高模型修正的效率与准确度。实例结果表明，采用这一修正方法，能够较大程度

4、地还原桥梁结构的真实响应，为桥梁的全寿命监测选取准确的“基准模型”。(3)为进一步提高运营阶段桥梁监测中损伤识别的精度与准确度，本文在现有的曲率模态类识别方法上，进一步研究相关参数指标，提出了几类改进方法。通过相应桥梁实例验证可知，本文提出的改进类方法，相比于传统方法，其效果均有较明显提高。另外，通过进一步研究，得到不同参数特性差异化，也会对损伤识别造成一定的影响。(4)为解决当前损伤识别方法不能准确定义损伤程度这一缺陷，本文首先对曲率模态曲线参数进行深入研究，分析了损伤程度与曲率模态曲线的变化关系。其次采用多项式拟合与神经网络拟合的方法，对损伤程度进行精确确定。结果表

5、明，本文提出的方法，可较好地确定发生损伤的位置与程度。最后，对曲率模态差振型P及其产生的畸变面积振型S进行推导研究，对实际桥梁的实时损伤监测研究具有一定的参考价值。(5)以贝叶斯理论为基础，提出一种基于B-TBU模型的桥梁状态评估方法。将概率类算法应用于桥梁的状态评估工作，在一定程度上降低人为主观因素的影响。并将神经i万方数据网络类算法引入该模型中。结果表明，本文提出的方法可得到较好的评估结果，引入的神经网络算法的结果也与本文提出的方法具有较好的一致性。(6)对桥梁建设期-运营期这两阶段组成的全寿命一体化监测系统的监测意义、监测内容、系统特点与功能、仪器设备等各方面

6、进行了全方位的探讨、分析。以某桥为工程依托，对其构建从施工阶段-运营阶段的全寿命一体化监测系统。保障该桥梁的全寿命过程中的安全施工、运营，为同类桥梁布置监测系统提供宝贵的参考意义。关键词：桥梁监测；全寿命周期；测点优化；模型修正；曲率模态；损伤识别；状态评估.ii万方数据AbstractWiththeincreasinglyurgentdemandfortransportationacrossregions,agrowingnumberofbridgesareerectedonrivers,lakes,canyonsandeventheoceans.Inordertof

7、urtherconsummatethebridgemanagement,improveitsservicelife,andguaranteesafetyduringtheirnormallifeperiod,itappearsparticularlyvitaltomonitorthebridgereal-timestatus.However,duetotheimperfectionofthecurrentmonitoringtheoryandmethodsandtheimmaturityofthetechnology,thedevelop