桥梁健康监测有限元模型修正方法的研究

论文摘要

桥梁在我们日常生活中处处可见,它在整个交通运输网中扮演着重要的角色。然而,随着桥梁的服役时间的增长,其自身材料特性会有不同程度的退化,加之桥梁的损伤累积,桥梁承载能力就会不断降低,一旦桥梁发生事故就会造成难以估量损失,由此可知对桥梁进行健康监测就显得十分重要。本文以石河大桥为研究对象,针对该桥的健康监测进行了相关方面的研究。首先,要对桥梁进行健康监测需要有桥梁的监测数据。针对石河大桥进行实地监测不便的实际情况,采用一种了基于GPRS远程数据传输的监测系统,这样保证监测中心能够远程及时准确的获得桥梁的监测数据,这些数据作为后续相关工作的试验数据样本。其次,要对桥梁进行健康状态分析需要有一个与实际桥梁相吻合的有限元模型。本文中依据石河大桥实际结构状况建立了有限元模型,以监测数据为试验数据样本,并采用基于均匀设计法和响应面相法结合的模型修正方法对已有的有限元模型进行修正,通过静力荷载试验数据对比可知,修正后的模型所获得的数据与实测数据的误差基本控制在3%以内,说明修正后的模型具有很高的准确性。最后,以修正后的石河大桥有限元模型为基础,施加运营阶段阈值计算所需的荷载,得到桥梁相关位置的极限应力值,并依据石河大桥健康监测系统设定预警值,根据该预警值可以评估桥梁当前的健康状态。本文综合运用了GPRS远程数据传输技术与有限元分析技术实现了桥梁的远程动态健康监测。其中建修正后的有限元模型与实际桥梁的吻合程度很高,因而可作为相关理论研究工作(传感器优化布设、损伤识别等)的基准有限元模型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 桥梁健康监测概述
• 1.2.1 桥梁健康监测的概念
• 1.2.2 桥梁健康监测的过程
• 1.3 桥梁健康监测的研究现状
• 1.3.1 桥梁健康监测的发展概况
• 1.3.2 国外桥梁健康监测的发展
• 1.3.3 国内桥梁健康监测的发展
• 1.3.4 亟待解决的问题
• 1.4 本论文的研究内容
• 第2章 桥梁健康监测系统的构建
• 2.1 监测系统的应用工程背景
• 2.2 桥梁健康监测系统的总体方案
• 2.2.1 系统需求分析
• 2.2.2 系统采集方式
• 2.2.3 系统整体结构
• 2.3 数据采集子系统
• 2.3.1 振弦式传感器的基本原理
• 2.3.2 振弦传感器的温度特性
• 2.3.3 数据采集单元
• 2.4 远程传输子系统
• 2.5 监控中心子系统
• 2.6 本章小结
• 第3章 石河大桥有限元模型的建立
• 3.1 实桥概况
• 3.1.1 技术指标
• 3.1.2 计算参数
• 3.1.3 主要材料
• 3.2 有限元分析概述
• 3.3 本章小结
• 第4章 石河大桥静力有限元模型修正
• 4.1 引言
• 4.1.1 模型修正概述
• 4.1.2 桥梁有限元模型修正分类
• 4.2 基于均匀设计方法的桥梁静力有限元模型修正
• 4.2.1 目标函数的选取
• 4.2.2 设计参数变量X的选取
• 4.2.3 均匀设计法概述
• 4.2.4 基于均匀设计的静力有限元模型修正基本步骤
• 4.3 基于相应面方法的桥梁静力有限元模型修正
• 4.3.1 基于响应面方法的有限元模型修正基本原理
• 4.4 实桥有限元模型修正算例
• 4.4.1 基于均匀设计法实桥静力有限元模型的修正
• 4.4.2 基于响应面方法的实桥静力有限元模型修正
• 4.4.3 实桥静力有限元模型修正分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 石河大桥运营阶段预警值分析
• 5.1 引言
• 5.2 运营阶段预警值计算荷载统计
• 5.2.1 恒载
• 5.2.2 汽车活载
• 5.2.3 温度荷载
• 5.2.4 预警值计算荷载工况组合
• 5.3 桥梁运营阶段结构预警值的设定
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作不足与展望
• 参考文献
• 致谢