基于非线性的斜拉桥静、动力分析与健康监测寻优研究

摘要

大跨度斜拉桥以其优美的造型、经济的跨径和合理的结构型式，近年来得到了长足的发展。本文着重围绕其空间静力线性和几何非线性、空间动力分析和结构健康监测寻优研究等方面内容进行了探讨。全文分四章，第一章是概述；第二章分析了大跨度斜拉桥的空间几何非线性；第三章分析了大跨度斜拉桥的空间动力特性；第四章对大跨度斜拉桥健康监测系统寻优研究做了分析。 斜拉桥结构的几何非线性主要来自：垂度效应、梁柱效应和大变形效应。随着跨径的增大和结构越来越柔细，斜拉桥的几何非线性也越来越明显。本文在建立的静力分析有限元模型的基础上，分析了影响几何非线性的三大因素在斜拉桥整体结构中的作用。通过分析我们可以发现，考虑几何非线性和不考虑几何非线性对于拉索的索力影响不大，但是对于结构的变形和弯矩等影响较大。 大跨度斜拉桥结构在动力荷载的作用下，会加速结构的损伤，增大振动变形和加速度，严重的时候甚至会导致桥梁结构破坏。在第三章中，首先分析讨论了桥梁结构动力分析一般理论后，然后建立了“鱼骨”模式的空间动力分析有限元模型；其次考虑到在结构离散中进行了大量的简化，有限元模型和实际结构之间存在很大的差异，对有限元模型进行修正；最后将修正后的模型应用与结构动力分析，并将动力分析结果和实测数据进行了比较。 目前，桥梁健康监测系统的研究尚处于理论研究和试验研究阶段，尤其是其中的数据分析部分，尚没有成熟的可以完全适用的损伤检测方法，完整的自动的数据分析系统还需要进行原型研究和试验。第四章在着重分析了目前国内外桥梁健康监测中的损伤识别方法和传感器优化布置算法的基础上，提出了基于遗传算法的传感器优化布置算法。本文最后以宁波招宝山大桥为工程实例，进行了传感器优化布置的初步研究，并将结果和目前该桥监测系统所采用的传感器布置方案进行了比较。