【摘要】：隨著我國國民經(jīng)濟的迅猛發(fā)展和交通荷載的不斷增加,橋梁建設(shè)的力度大大提高。由于鋼橋具備跨越能力大、自重輕、適合工業(yè)化生產(chǎn)和安裝等優(yōu)點,一大批鋼結(jié)構(gòu)橋梁相繼建成。對于這些鋼橋來說,疲勞破壞是其主要失效模式之一。許多大型鋼橋已安裝了健康監(jiān)測系統(tǒng),或利用應(yīng)力(應(yīng)變)計獲取監(jiān)測部位的應(yīng)力(應(yīng)變)時程數(shù)據(jù),或利用動態(tài)稱重系統(tǒng)(Weigh-In-Motion,WIM)獲取車輛參數(shù),以對鋼橋進行實時監(jiān)測和疲勞損傷預(yù)警。然而,目前缺少一種通用的鋼橋疲勞分析軟件,可以對實測應(yīng)力時程數(shù)據(jù)進行疲勞分析,也可對動態(tài)稱重系統(tǒng)統(tǒng)計的車輛數(shù)據(jù)進行有效的分析和計算;大多數(shù)疲勞分析軟件工具也缺少頻域法進行疲勞分析的內(nèi)容,更存在界面簡陋、操作繁瑣、功能不全、說明不詳?shù)热秉c,給使用者造成了很大的不便。針對以上問題,本文分析了基于健康監(jiān)測數(shù)據(jù)的鋼橋疲勞分析系統(tǒng)開發(fā)原理,并使用MATLAB GUI工具箱制作了一款疲勞分析系統(tǒng)軟件工具——鋼橋疲勞分析系統(tǒng)(版本v1.0)(Steel Bridge Fatigue Analysis System,SBFAS(V 1.0)),以方便工程實際中的鋼橋疲勞分析。具體研究成果如下:1)總結(jié)了獲取應(yīng)力數(shù)據(jù)的規(guī)范法和實測法,并詳細闡述了利用動態(tài)稱重系統(tǒng)獲取的車輛數(shù)據(jù)模擬交通流、獲取應(yīng)力時程數(shù)據(jù)的具體方法,命名為WIM法;2)論證了使用頻域法進行疲勞分析所需要的數(shù)據(jù)采樣、時頻轉(zhuǎn)換、功率譜密度(PSD)估計以及Dirlik經(jīng)驗法,并把頻域法引入到鋼橋疲勞分析中;3)使用MATLAB GUI工具箱編制了一套基于健康監(jiān)測數(shù)據(jù)的鋼橋疲勞分析系統(tǒng)(Steel Bridge Fatigue Analysis System,SBFAS(V 1.0)),該系統(tǒng)可對實測采集的應(yīng)力時程數(shù)據(jù)進行疲勞剩余壽命計算,也可對動態(tài)稱重系統(tǒng)采集的車輛數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,獲取應(yīng)力時程數(shù)據(jù),進而進行疲勞剩余壽命計算;該系統(tǒng)可精確調(diào)用Microsoft Access等數(shù)據(jù)庫軟件中存儲的應(yīng)力數(shù)據(jù),自由選擇分析時間段、疲勞細節(jié)和分析方法,并可利用基于COM標準的ActiveX控件接口技術(shù)生成Word文檔,自動生成疲勞分析報告,具有實用性、方便性、靈活性、綜合性等特點,是一款功能強大的鋼橋疲勞分析系統(tǒng)工具;4)以唐山市某鋼橋?qū)崪y應(yīng)力數(shù)據(jù)和天津市某鋼橋動態(tài)稱重系統(tǒng)實測車輛數(shù)據(jù)為依據(jù),利用SBFAS(V 1.0)進行了疲勞分析,驗證了軟件的可行性和準確性。
[Abstract]:With the rapid development of our national economy and the increasing traffic load, the strength of bridge construction has been greatly improved. Because of the advantages of steel bridge, such as large span capacity, light weight, suitable for industrial production and installation, a large number of steel structure bridges have been built one after another. For these steel bridges, fatigue failure is one of the main failure modes. Many large steel bridges have been equipped with health monitoring systems, or stress (strain) time history data at monitoring sites have been obtained by stress (strain) meters, or vehicle parameters have been obtained by dynamic weighing systems (Weigh-In-Motion,WIM). In order to monitor the steel bridge in real time and warn the fatigue damage. However, there is a lack of a general fatigue analysis software for steel bridges, which can carry out fatigue analysis of measured stress time history data, and can also effectively analyze and calculate the vehicle data of dynamic weighing system. Most fatigue analysis software tools also lack the content of frequency domain method for fatigue analysis, and there are some shortcomings, such as simple interface, tedious operation, incomplete function, unknown explanation and so on, which cause great inconvenience to users. In order to solve the above problems, the development principle of fatigue analysis system for steel bridge based on health monitoring data is analyzed in this paper. A fatigue analysis system software tool, steel bridge fatigue analysis system (version v1.0) (Steel Bridge Fatigue Analysis System,SBFAS (V 1.0), is made by using MATLAB GUI toolbox to facilitate the fatigue analysis of steel bridge in engineering practice. The concrete research results are as follows: 1) the standard method and actual measurement method for obtaining stress data are summarized, and the concrete method of simulating traffic flow and obtaining stress time history data by using vehicle data obtained by dynamic weighing system is described in detail, which is named WIM method. 2) the data sampling, time-frequency conversion, power spectral density (PSD) estimation and Dirlik empirical method for fatigue analysis using frequency domain method are demonstrated, and the frequency domain method is introduced into the fatigue analysis of steel bridges. 3) A steel bridge fatigue analysis system (Steel Bridge Fatigue Analysis System,SBFAS (V 1.0),) based on health monitoring data is developed by using MATLAB GUI toolbox. The system can calculate the fatigue residual life of the measured stress time history data. The vehicle data collected by the dynamic weighing system can also be statistically analyzed, and the stress time history data can be obtained, and then the fatigue residual life can be calculated. The system can accurately call the stress data stored in Microsoft Access and other database software, freely select the analysis time period, fatigue details and analysis methods, and can use the ActiveX control interface technology based on COM standard to generate Word documents. Automatic generation of fatigue analysis report, with practical, convenient, flexible, comprehensive and other characteristics, is a powerful steel bridge fatigue analysis system tool; 4) based on the measured stress data of a steel bridge in Tangshan City and the measured vehicle data of a dynamic weighing system of a steel bridge in Tianjin, the fatigue analysis is carried out by using SBFAS (V 1.0), and the feasibility and accuracy of the software are verified.
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U441.4

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本文編號：2481356