基于健康监测数据的钢桥疲劳分析系统开发原理及实现

摘要

随着我国国民经济的迅猛发展和交通荷载的不断增加，桥梁建设的力度大大提高。由于钢桥具备跨越能力大、自重轻、适合工业化生产和安装等优点，一大批钢结构桥梁相继建成。对于这些钢桥来说，疲劳破坏是其主要失效模式之一。许多大型钢桥已安装了健康监测系统，或利用应力（应变）计获取监测部位的应力（应变）时程数据，或利用动态称重系统（WIM）获取车辆参数，以对钢桥进行实时监测和疲劳损伤预警。然而，目前缺少一种通用的钢桥疲劳分析软件，可以对实测应力时程数据进行疲劳分析，也可对动态称重系统统计的车辆数据进行有效的分析和计算；大多数疲劳分析软件工具也缺少频域法进行疲劳分析的内容，更存在界面简陋、操作繁琐、功能不全、说明不详等缺点，给使用者造成了很大的不便。
　　针对以上问题，本文分析了基于健康监测数据的钢桥疲劳分析系统开发原理，并使用MATLAB GUI工具箱制作了一款疲劳分析系统软件工具——钢桥疲劳分析系统（版本v1.0）（SBFAS(V1.0)）,以方便工程实际中的钢桥疲劳分析。具体研究成果如下：
　　1）总结了获取应力数据的规范法和实测法，并详细阐述了利用动态称重系统获取的车辆数据模拟交通流、获取应力时程数据的具体方法，命名为WIM法；
　　2）论证了使用频域法进行疲劳分析所需要的数据采样、时频转换、功率谱密度（PSD）估计以及Dirlik经验法，并把频域法引入到钢桥疲劳分析中；
　　3）使用MATLAB GUI工具箱编制了一套基于健康监测数据的钢桥疲劳分析系统（SBFAS(V1.0)），该系统可对实测采集的应力时程数据进行疲劳剩余寿命计算，也可对动态称重系统采集的车辆数据进行统计分析，获取应力时程数据，进而进行疲劳剩余寿命计算；该系统可精确调用Microsoft Access等数据库软件中存储的应力数据，自由选择分析时间段、疲劳细节和分析方法，并可利用基于 COM标准的 ActiveX控件接口技术生成Word文档，自动生成疲劳分析报告，具有实用性、方便性、灵活性、综合性等特点，是一款功能强大的钢桥疲劳分析系统工具；
　　4）以唐山市某钢桥实测应力数据和天津市某钢桥动态称重系统实测车辆数据为依据，利用SBFAS(V1.0)进行了疲劳分析，验证了软件的可行性和准确性。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 疲劳分析方法评述

1.3 国内外桥梁健康监测系统概况

1.4 国内外桥梁动态称重系统概况

1.5 存在的问题

1.6 本文的主要内容

第二章 应力数据获取方法

2.1 规范法

2.2 实测法

2.3 WIM法

2.4 本章小结

第三章 基于频域的疲劳分析方法

3.1 桥梁振动疲劳问题概述

3.2 时频转换处理

3.3 Dirlik经验算法

3.4 本章小结

第四章 钢桥疲劳分析系统开发原理及实现

4.1 开发环境

4.2 系统分析

4.3 使用说明

4.4 本章小结

第五章 实际案例

5.1 唐山市某钢桥疲劳分析

5.2 天津市某钢桥疲劳分析

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢