大跨悬索桥北斗位移监测与安全评估技术研究

摘要

近年来,大跨径悬索桥在国内的应用越来越广泛。但是随着桥梁使用年限的增加,越来越多的桥梁结构出现了不同程度的损伤和局部破坏,严重影响了其正常使用和安全。因此,通过合适的途径,对桥梁结构实施健康监测与状态评估,以保证桥梁结构的安全运营已经成为众多学者们研究的一个重要方向。但从目前的情况来讲,国内外针对大跨悬索桥这一类型的桥梁,其健康监测与安全评估研究方兴未艾。因此,为了保证大型桥梁结构的安全运营,实时掌握桥梁的安全状态,研究有效的桥梁健康监测系统及状态评估方法己成为当务之急。本文针对上述情况,以云南单跨380米的澜沧江大桥为依托开展研究,主要研究内容和结论如下:
　　(1)根据北斗导航系统定位测量原理,结合现有监测技术和手段,将北斗导航定位技术应用于实际桥梁变形监测研究中。研究结果表明:北斗导航定位技术对悬索桥进行变形监测是可行的,且精度较高,成本较低。该研究为悬索桥在役状态监测、安全评估提供了一种经济有效的监测手段。
　　(2)提出了一种基于有限点位移数据获取全桥位移、内力状态的方法,并结合依托工程验证了其可行性。结果表明,此方法合理可行,并在测点增多时,反演结果精度更高,在32个测点时,荷载反演精度可达95.8％,比6个测点时的精度75.3％提高了20.5％。
　　(3)开展了大跨悬索桥基于关键截面位移测点监测数据反演全桥状态的分析方法研究。依托工程澜沧江大桥,在获取关键截面位移的基础上,通过将主梁监测位移逆向确定的等效节点荷载加载到有限元模型上,求出了加劲梁、吊杆、主缆等悬索桥各个关键构件在观测时间内的内力及其变化情况,实现了全桥的状态分析。
　　(4)开展了大跨悬索桥基于位移和关键结构应力包络的安全评估方法研究。通过澜沧江大桥位移监测值及通过位移参数获取的应力值,用位移及应力包络法对其进行安全评估。评估结果表明:在所选时间段内,3＃、4#、5#、6#测点对应的位移校验系数及位移值均在位移包络给定范围内;同时,基于位移参数所获取的加劲梁应力亦在容许应力范围内,桥梁均处于安全运营状态。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外主要研究方法及现状

1．2．1 桥梁变形监测方法国内外研究现状

1．2．2 桥梁结构安全评估系统国内外研究现状

1．2．3 目前尚存的主要问题

1．3 主要研究内容及取得的成果

1．4 本章小结

第二章 大跨悬索桥北斗位移监测原理与方法

2．1 北斗卫星导航系统

2．2 北斗卫星定位原理

2．2．1 卫星定位原理

2．2．2 伪距原理

2．2．3 差分定位

2．3 北斗位移监测用于悬索桥的可行性分析

2．3．1 北斗与GPS集成的高精度定位分析

2．3．2 用于悬索桥的可行性分析

2．4 基于北斗位移监测的大型桥梁布点原则和方法

2．4．1 测点布点原则

2．4．2 测点布点方法

2．5 本章小结

第三章 大跨悬索桥基于有限点监测的全桥状态获取方法

3．1 基于有限点监测的全桥状态获取方法

3．1．1 引言

3．1．2 有限单元法

3．1．3 基于有限点监测实现桥梁全桥状态分析的基本原理

3．1．4 基于有限点监测实现全桥状态分析的基本原理在实际工程中的应用方法研究

3．2 基于有限点监测实现全桥位移获取流程图

3．3 荷载识别方案与分析

3．3．1 原荷载

3．3．2 荷载识别方案与分析

3．4 本章小结

第四章 大跨悬索桥基于位移参数的关键结构状态获取方法

4．1 悬索桥关键结构的受力特点

4．2 大跨悬索桥基于主梁位移的关键结构状态获取与状态分析

4．2．1 主梁位移对加劲梁的影响

4．2．2 主梁位移对吊杆内力的影响

4．2．3 主梁位移对主缆轴力的影响

4．3 大跨悬索桥基于索塔纵向位移的关键结构状态分析

4．3．1 索塔纵向位移对索塔弯矩影响

4．3．2 索塔纵向位移对主缆轴力影响

4．3．3 索塔纵向位移对吊杆内力影响

4．3．4 索塔纵向位移对加劲梁应力影响

4．4 基于位移的悬索桥结构状态参数分析

4．5 本章小结

第五章 大跨悬索桥基于位移包络的安全评估方法

5．1 概述

5．2 位移包络原理

5．3 位移计算理论分析

5．4 基于位移监测的大跨悬索桥安全评估模式实现

5．4．1 “位移校验系数包络”评估技术

5．4．2 基于容许位移包络的安全评估技术

5．4．3 基于位移监测的桥梁安全评估技术实现流程图

5．5 本章小结

第六章 实桥应用

6．1 工程概况

6．2 澜沧江大桥北斗位移监测系统

6．2．1 澜沧江大桥北斗位移监测布点

6．2．2 澜沧江大桥北斗位移监测实施效果

6．2．3 监测系统

6．3 澜沧江大桥基于有限监测点反算全桥荷载

6．4 基于位移包络的桥梁安全评估

6．4．1 校验系数位移包络法

6．4．2 容许位移包络法

6．5 基于位移参数获取的加劲梁应力安全评估

6．6 本章小结

7．1 本文结论

7．2 创新点

7．3 建议与展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论文和取得的学术成果