大型桥梁基于预埋—表贴传感的全寿命应力监测与安全评价模式

摘要

大型桥梁在运营状态的长期应力监测分预埋和表贴两种方式来实现。预埋的方式可解决恒载应力的监测问题，但存在因传感器寿命问题而不能实现长期监测；表贴传感器具有可更换的优点，但不能解决恒载应力监测问题。因此，过去在实施桥梁结构应力监测时，往往建设期和营运期的结构应力监测是脱节的，不能有效地结合起来，从而未能达到预期的监测效果。本课题旨在以监测数据处理为重点，分析归纳出采用预埋传感器和表贴传感器这两种应力监测手段所监测到的应力的相关性，建立大型桥梁基于预埋—表贴传感的全寿命应力监测与安全评价模式。
　　 论文分析了桥梁结构抗力的影响因素，针对桥梁构件抗力统计参数，提出了在桥梁建成初期及桥梁营运期的抗力统计参数修正技术；总结了恒载、车辆荷载、温度荷载的统计方法及概率模型，对它们的作用效应模型进行了修正，提出了结合监测信息而对它们所做的修正建议；研究桥梁实时监测数据的温度修正方法，以数理统计回归分析为依据，找到温度与监测指标数值之间的关系，扣除温度荷载的影响后，获得能反应桥梁状态的特征数据；将桥梁施工监控与健康监测系统有机统一起来，形成系统的理论与方法，对于已预埋的结构内部应变(或应力)传感器与桥梁营运期表贴的传感器进行有机结合，形成桥梁从建设期到营运期进行全过程、全寿命、更准确、可靠的结构安全监测体系。
　　 论文最后应用数理统计理论，对监测数据进行分析，归纳出采用预埋传感器和表贴传感器这两种应力监测手段所监测到的应力的相关性，实现两种应力监测手段的优势互补，对营运期桥梁实现长期安全监测。以云南怒江大桥为依托，对其监测系统充分理解，并对其预埋传感器监测数据进行分析，提出考虑全寿命监测的表贴传感器布置及安全评价模式方案。该评价模式融入了信息、数学和力学等多方面知识，它将具有广泛的工程应用前景，及重大的社会效益和经济效益。

目录

文摘

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声明

第一章 绪论

1.1研究的背景、意义

1.2国内外主要研究方向及现状

1.2.1桥梁结构健康监测系统研究现状

1.2.2桥梁结构安全评估系统研究现状

1.2.3数据采集、传输系统研究现状

1.2.4监测数据评价分析研究现状

1.2.5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主要创新点

1.5本章小结

第二章 桥梁结构抗力及荷载效应分析

2.1桥梁结构抗力影响因素分析

2.1.1桥梁结构抗力不定性因素分析

2.1.2收缩、徐变及松弛

2.1.3预应力损失

2.2桥梁构件抗力统计参数

2.2.1静力参数

2.2.2动力参数

2.3桥梁抗力统计参数修正技术

2.3.1桥梁建成初期结构抗力修正

2.3.2桥梁营运过程中抗力修正技术

2.4基于监测信息的荷载效应概率模型

2.4.1恒载

2.4.2车辆荷载

2.4.3温度荷载

2.5本章小结

第三章 大型桥梁基于预埋—表贴传感的全寿命应力监测模式

3.1现有监测模式

3.2考虑恒载、活载共同作用的传感协同工作模式

3.3应变传感布置模式

3.3.1应变测量传感器

3.3.2传感器布置的理论

3.4应变监测数据的温度修正

3.4.1应变—温度的回归模型

3.4.2对参数β0、β1的最小二乘估计

3.4.3线性回归显著性检验

3.4.4温度修正的MATLAB实现

3.5应变监测数据预处理

3.5.1系统误差的判别

3.5.2粗差点的剔除

3.5.3观测数据修正

3.6桥梁全寿命监测模式应用流程

3.7本章小结

第四章 大型桥梁基于预埋—表贴传感的全寿命应力监测安全评价模式

4.1基于预埋—表贴传感的应力监测数据处理技术

4.1.1应力监测数据处理步骤

4.1.2数据曲线的拟合原理

4.1.3数据相关性分析理论

4.1.4数据拟合的MATLAB实现

4.2总体方案

4.3可行性分析

4.3.1监测信息可靠性

4.3.2考虑恒载的评价方法可靠

4.4本章小结

第五章 全寿命应力监测与评价模式应用与实践

5.1工程概况

5.1.1桥梁结构特点

5.1.2桥梁监测系统的设置

5.1.3桥梁监测数据采集系统

5.2怒江大桥监测传感器布置

5.2.1预埋传感器布置

5.2.2怒江大桥结构分析

5.2.3表贴传感器布置方案

5.3预埋传感器监测应力分析

5.3.1理论计算应力

5.3.2运营阶段预埋传感器实测应力

5.3.3运营阶段应力分析

5.4桥梁全寿命应力监测与安全评价方案

5.5本章小结

第六章 结论与展望

6.1本文的主要结论

6.2展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论著及取得的科研成果