基于健康监测的预应力箱梁桥超载信息识别及疲劳性能评价

摘要

预应力混凝土连续梁桥是大跨度梁桥的主要桥型之一，由于日夜承受车辆荷载，尤其随着交通量增加以及超重车辆的作用，桥梁结构的疲劳问题逐渐受到关注，为了确保营运阶段桥梁结构的安全使用，对其进行疲劳性能分析具有重要的现实意义。本文以黄河大桥（二桥）为研究对象，基于大量的健康监测信息，识别出超重车信号并计算超重车作用产生的疲劳损伤，同时通过统计实际车流信息对该桥进行疲劳性能评价，主要研究内容及得到的结论如下：
　　基于健康监测系统采集的海量应变数据，提出了一种针对超重车辆异常事件的识别方法，估算出日均超重车数量，并计算出测点位置由超重车产生的疲劳损伤。通过分析应变监测信号组成，利用小波变换识别出少量异常信号的突变位置，计算信号突变位置的应变变化，并与有限元模拟的超重车引起的应变变化比较，识别出所处理信号中由超重车产生的突变信号146个，计算信号的捕获概率，以此估算出背景桥2012年日均超重车数量为187辆，这与黄河大桥监测站的实测值基本相符。在此基础上，基于 Miner准则，计算2012年测点位置由超重车辆产生的钢筋疲劳累积损伤度为1.1225×10-7。
　　通过对全桥进行动力分析找出桥梁结构的疲劳损伤薄弱位置。对全桥上部结构进行固有模态分析，初步找出容易发生疲劳损伤的危险位置为全桥各跨跨中以及各个墩支座的左右两侧。进一步分析，模拟三轴标准车驶过全桥桥面，计算得出需要对全桥第一跨（边跨）以及全桥中跨着重进行疲劳损伤计算。
　　统计营运阶段实际车流信息，建立标准疲劳车辆模型，计算车辆一般运行状态下全桥边跨和全桥中跨的混凝土以及预应力筋的疲劳损伤。计算得出：边跨跨中底板预应力筋的疲劳累积损伤最大；在符合标准车重限制的当前车流量下，设计基准期100年的疲劳累积损伤较小，不会发生疲劳破坏。
　　综合考虑桥面裂缝、交通量增长以及车辆超重超载对桥梁疲劳性能的影响。计算不同数目超重超载车辆和不同超载率下，边跨跨中底板预应力筋的疲劳损伤。以两倍车重的六轴标准疲劳车作为超重车，从桥梁疲劳破坏层面推出桥梁寿命100年建议的日均超大型、超重车数量为382辆，该结果可为桥梁的营运管理提供有效的建议。

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1 绪论

1.1 引言

1.2国内外研究现状

1.3选题目的与意义

1.4课题研究背景

1.5主要研究内容

2 预应力混凝土结构疲劳问题分析理论与研究方法

2.1 结构疲劳问题的研究方法

2.2 不同材料的S-N曲线

2.3 雨流计数法及累积损伤原理

2.4 本章小结

3 基于小波分析的长期应变监测数据异常值识别

3.1 健康监测系统介绍

3.2 应变数据的组成

3.3 小波技术基本理论及在信号异常诊断中的应用

3.4 超重车辆识别思路

3.5 1107142测点的异常值识别

3.6 本章小结

4 超重车辆的识别及疲劳效应分析

4.1 ANSYS有限元模型

4.2 桥梁结构的静载试验

4.3 超重车辆的识别

4.4 超重车辆作用下疲劳损伤计算

4.5 本章小结

5 基于车流统计的桥梁结构疲劳性能评价

5.1 车流信息

5.2 桥梁结构的固有振型分析

5.3 车辆作用下桥梁的动力反应

5.4 一般运行状态下的桥梁结构疲劳性能评价

5.5 考虑裂缝、交通量增长以及超载车辆影响的疲劳性能评价

5.6 本章小结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢