基于光纤光栅应变监测数据的桥梁服役状态评估方法研究

摘要

桥梁健康监测系统可提供真实和可信的桥梁结构运营状况信息，并实现各种荷载作用下的结构响应监测。健康监测系统获取的长期应变监测数据能直接反映桥梁结构在各种荷载作用下的局部受力状态，通过追踪桥梁结构的应变变化可以对桥梁结构服役状态进行有效评估。本文结合小波多分辨率分析、卡尔曼滤波、核主成分分析和支持向量机回归等方法，提出了基于应变监测数据的桥梁结构服役状态评估方法，并应用于九堡大桥监测数据的多组分分析、桥梁结构损伤识别、桥梁结构性能评估和安全预警。本文的主要研究工作包括:
　　(1)讨论基于应变监测数据进行桥梁结构服役状态评估的目的及意义，综述应变监测数据处理方法及基于应变监测数据的损伤识别、性能评估和安全预警分析方法，给出本文的研究思路。
　　(2)提出基于小波多分辨率分析的应变监测数据多组分数据分离方法，通过现场监测数据研究验证了该方法的可行性，运用相关性分析探讨此种方法的精度及有效性。
　　(3)提出基于卡尔曼滤波与中性轴位置的损伤识别方法，通过数值模拟验证了中性轴位置损伤指标的敏感性，并基于小波多分辨率分解出的高频组分确定九堡大桥中性轴位置，引入卡尔曼滤波方法对九堡大桥中性轴位置进行滤波处理，用于桥梁结构损伤识别。
　　(4)提出基于荷载抗力因子进行桥梁结构性能评估的方法，基于现场监测数据，对比分析了交通荷载以及不同天气状况的荷载抗力因子变化情况，通过同一截面和不同截面的对比分析研究确定了九堡大桥钢箱梁危险位置。
　　(5)提出基于核主成分分析和支持向量机回归算法进行桥梁结构安全预警的方法，结合两种算法建立的异常数据提取模型，基于桥梁应变监测数据验证所提方法的有效性。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究目的及意义

1．2 桥梁结构服役状态评估方法研究进展

1．2．1 应交监测数据处理方法

1．2．2 基于应变监测数据的损伤识别

1．2．3 基于应变监测数据的性能评估

1．2．4 基于应变监测数据的安全预警

1．3 本文研究主要内容

2．1 引言

2．2 九堡大桥结构特性及结构健康监测系统

2．2．1 九堡大桥结构特性

2．2．2 九堡大桥结构健康监测系统

2．2．3 光纤光栅应交传感器测量原理

2．2．4 光纤光栅应变传感器现场布设

2．3 应变监测数据多组分分析

2．3．1 小波多分辨率分析方法

2．3．2 基于小波多分辨率的钢箱梁应变监测数据分析

2．3．3 基于小波多分辨率的吊杆索力监测数据分析

2．4 本章小结

3．1 引言

3．2 受弯梁中性轴位置计算方法

3．2．1 受弯梁变形分析

3．2．2 中性轴位置确定

3．3 卡尔曼滤波方法

3．4 基于中性轴位置的结构损伤识别

3．4．1 数值模拟受弯梁损伤识别

3．4．2 九堡大桥结构损伤评估

3．5 本章小结

4．1 引言

4．2 荷载抗力因子评估方法

4．2．1 荷载抗力因子评估方程

4．2．2 荷载抗力因子评估程序

4．3 九堡大桥结构性能评估

4．3．1 荷载抗力因子方法参数确定

4．3．2 九堡大桥性能状态评估应用

4．4 本章小结

5 基于核主成分分和支持向量机的桥梁结构安全预警

5．1 引言

5．2 核主成分分析和支持向量机

5．2．1 核主成分分析

5．2．2 支持向量机

5．2．3 核函数确定

5．3 安全预警模型建立

5．3．1 特征主成分提取

5．3．2 异常数据提取

5．4 九堡大桥安全预警应用

5．4．1 核函数选取

5．4．2 异常数据提取

5．5 本章小结

6 结论与展望

6．1 主要工作及结论

6．2 有待进一步研究的问题

参考文献

作者简历