【摘要】：結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外大跨徑控制性橋梁工程中被廣泛應(yīng)用,并逐漸應(yīng)用于一些中小跨徑橋梁,借助于先進(jìn)的傳感器技術(shù)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理方法,以期實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)預(yù)警、損傷識(shí)別及性能評(píng)估。然而,橋梁結(jié)構(gòu)及其主要構(gòu)件在外部荷載尤其是極端荷載作用下的破壞現(xiàn)象依然時(shí)有發(fā)生。因此,根據(jù)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)一步推廣應(yīng)用和橋梁結(jié)構(gòu)服役性能監(jiān)測(cè)評(píng)估的需要,對(duì)其監(jiān)測(cè)傳感器測(cè)點(diǎn)布置方法及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行深入系統(tǒng)的理論分析和應(yīng)用研究是十分必要和緊迫的。目前,對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)傳感器的測(cè)點(diǎn)布置方法和結(jié)構(gòu)服役性能監(jiān)測(cè)評(píng)估的數(shù)據(jù)挖掘方法研究較少,其中用于指導(dǎo)監(jiān)測(cè)傳感器測(cè)點(diǎn)布置的結(jié)構(gòu)魯棒性、冗余度及易損性等分析方法尚未形成一個(gè)可普遍接受的理論體系,用于分析評(píng)估結(jié)構(gòu)各項(xiàng)服役性能的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)挖掘方法也亟需進(jìn)一步完善。因此,研究采用較為系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)魯性相關(guān)分析方法指導(dǎo)監(jiān)測(cè)傳感器測(cè)點(diǎn)布置,采用針對(duì)性較強(qiáng)的監(jiān)測(cè)數(shù)掘挖掘方法分析評(píng)估結(jié)構(gòu)各項(xiàng)服役性能具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。本文在對(duì)國(guó)內(nèi)外結(jié)構(gòu)魯棒性相關(guān)分析方法和結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)挖掘方法進(jìn)行分析總結(jié)的基礎(chǔ)上,采用理論分析、數(shù)值模擬以及算例驗(yàn)證相結(jié)合的方法,對(duì)結(jié)構(gòu)魯棒性、冗余度、易損性及可靠性的相互關(guān)系及其在橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)傳感器測(cè)點(diǎn)布置中的應(yīng)用進(jìn)行了深入研究;通過(guò)分析現(xiàn)役橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)特點(diǎn),給出了針對(duì)性較強(qiáng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)挖掘方法,以分析和預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)總體安全性、橫向分布性能及材料劣化程度。完成的主要研究工作和成果總結(jié)如下:(1)基于應(yīng)變能評(píng)價(jià)指標(biāo)的結(jié)構(gòu)魯棒性、冗余度及易損性內(nèi)在關(guān)系研究。論文通過(guò)對(duì)比分析現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)魯棒性、冗余度及易損性評(píng)價(jià)指標(biāo)表達(dá)式,提出了結(jié)構(gòu)魯棒性、冗余度及易損性分析的應(yīng)變能評(píng)價(jià)指標(biāo),研究了結(jié)構(gòu)魯棒性、易損性及冗余度之間的內(nèi)在關(guān)系、損傷作用下的靈敏度以及結(jié)構(gòu)桿件構(gòu)造、桿端約束、荷載分配因素的影響,并給出了懸臂梁和桁架梁算例示意。研究表明,結(jié)構(gòu)魯棒性、冗余度與易損性呈反比例變化,不同桿件可能因產(chǎn)生相同的應(yīng)變能而具有相同的結(jié)構(gòu)魯棒性、冗余度與易損性,且結(jié)構(gòu)魯棒性和冗余度的靈敏度與易損性的靈敏度也呈反比例變化;可通過(guò)提高結(jié)構(gòu)桿件的材料強(qiáng)度、截面尺寸及增加桿件約束等措施提高結(jié)構(gòu)魯棒性和冗余度,即降低結(jié)構(gòu)易損性。(2)基于應(yīng)變能評(píng)價(jià)指標(biāo)的結(jié)構(gòu)魯棒性、冗余度與可靠性外在聯(lián)系研究。論文分析了結(jié)構(gòu)魯棒性、冗余度與可靠性的區(qū)別和聯(lián)系,基于結(jié)構(gòu)魯棒性和冗余度分析的應(yīng)變能評(píng)價(jià)指標(biāo),推導(dǎo)了結(jié)構(gòu)魯棒性、冗余度與可靠度指標(biāo)的關(guān)系表達(dá)式,分析了結(jié)構(gòu)損傷和隨機(jī)因素對(duì)三者及其靈敏度的影響,并給出了懸臂梁和桁架梁算例示意。研究表明,結(jié)構(gòu)魯棒性和冗余度多是基于主觀定義的評(píng)價(jià)指標(biāo),相關(guān)分析方法有待進(jìn)一步完善;結(jié)構(gòu)可靠性較為完善,有著廣泛的工程應(yīng)用。結(jié)構(gòu)魯棒性、冗余度與可靠度指標(biāo)呈拋物線變化,且其變化趨勢(shì)基本一致,均可用來(lái)反映結(jié)構(gòu)性能變化;結(jié)構(gòu)魯棒性和冗余度的靈敏度大于結(jié)構(gòu)可靠度指標(biāo)的靈敏度。(3)結(jié)構(gòu)魯棒性分析能量方法及其在橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)傳感器測(cè)點(diǎn)布置中的應(yīng)用研究。論文考慮能量原理的普遍適用性,以驗(yàn)證并進(jìn)一步簡(jiǎn)化形成了可普遍接受的結(jié)構(gòu)魯棒性分析能量方法,并據(jù)此分析了簡(jiǎn)支梁橋在不同損傷影響下的結(jié)構(gòu)魯棒性,以確定其易損薄弱部位,進(jìn)而布置監(jiān)測(cè)傳感器實(shí)施長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。研究表明,結(jié)構(gòu)的能量場(chǎng)與應(yīng)變能數(shù)值相等且反比例變化,其中前者較為形象且相應(yīng)能量勢(shì)計(jì)算較為復(fù)雜,后者則應(yīng)用較為廣泛;簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)魯棒性較小的單元基本位于跨中截面及其附近區(qū)域,而結(jié)構(gòu)魯棒性最小和最大損傷部位則分散在各個(gè)不同單元,無(wú)顯著規(guī)律。最后,還以某現(xiàn)役高速公路簡(jiǎn)支梁橋和城市公路桁梁拱橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為例,對(duì)其監(jiān)測(cè)傳感器測(cè)點(diǎn)布置的合理性進(jìn)行驗(yàn)證,并完成了某新建大跨徑斜拉橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)傳感器測(cè)點(diǎn)布置的初步設(shè)計(jì)。(4)基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)挖掘的橋梁結(jié)構(gòu)服役性能分析與預(yù)測(cè)研究。論文以橋梁健康監(jiān)測(cè)涉及的動(dòng)力問(wèn)題和結(jié)構(gòu)服役性能為著眼點(diǎn),指出基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)挖掘的橋梁服役性能分析和預(yù)測(cè)本質(zhì)上屬于動(dòng)力學(xué)逆問(wèn)題,分析了橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的周期性等特點(diǎn),可據(jù)此采用時(shí)間序列等針對(duì)性較強(qiáng)的數(shù)據(jù)分析和挖掘方法,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)役橋梁結(jié)構(gòu)的總體安全性、橫向分布性能及材料劣化程度的分析與預(yù)測(cè),并給出了某高速公路簡(jiǎn)支梁橋和城市公路桁梁拱橋應(yīng)用示例。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：U446
【圖文】：

一些不利因素也逐漸暴露出來(lái)，使其難以得到更廣泛的推廣應(yīng)用，如傳感逡逑器數(shù)量眾多、大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)難以有效處理＾１５］，以及由此帶來(lái)的工程造價(jià)高昂、逡逑后＾上隹主戶子等。苧一ｍ成＿示＿意見圖１＿２。逡逑ｒ邐Ｉ邋ｉ￣邐１逡逑Ｉ位移ｆｔ感劇、２…＋－＊■■—＋１位移采集單兄—１逡逑１１應(yīng)變＃感器１、２…４－｜應(yīng)變采集申元；邋２邋Ｉ邋「邐ｍ逡逑Ｉ邋邐邐邋Ｉ邋ｉ邋邐邐邋￣邋－邋ｉ邐Ｉ邋ｉ邋ｒ－＞用戶控制界面逡逑Ｉ邋ｊ加速度傳感器１、２…ｔ－ｌ加速度采集中元［ 邐計(jì)■：邐■或丨邋丨邋邐｜逡逑Ｉ邋邐邐邐邐邋ｉ邋１邋邐邋—＊邋Ｗ邋邋邐－？邋＋邋－！邐Ｌ逡逑１１溫設(shè)傳感器１、２…；？邐１邋溫度采巢單NB邋一邐機(jī)．邐：心Ｉ邋丨邋邐！逡逑Ｉ邋邐－ｉ邋ｊ邐邋￣￣邐＊邋Ｉ丨ｕ性能評(píng)定弓預(yù)努逡逑１１風(fēng)速傳感Ｓｌ、２…Ｉ邐＞邐ｊ邋風(fēng)速采集單元一邐！邐ｉ邋Ｓ丨丨邋邐Ｊ逡逑Ｉ邐．邐！邋ｉ邐ｉ邋□邋ｉ逡逑；邐；，ｉ邐；邐！逡逑：Ｊ逡逑ｌ邋—邐邐邋ｊ邐邐邋ｊ邋ｔ邋邐邐邐邐邐邐邐邋邐邐邐邋ｉ逡逑Ｕ邋Ｕ逡逑}保椋簦低常危濉鏨合低常危鼧^ｆ邋ｇｙ理｜邐｜可視~朿雷麇義賢跡保睬帕海櫻齲拖低匙槌墑疽忮義希疲椋玨澹保插澹茫錚恚穡錚睿澹睿簦簀澹洌椋幔紓潁幔礤澹錚駑澹簦瑁邋澹猓潁椋洌紓邋澹櫻齲灣澹螅螅簦澹礤義嫌氪送�，人们疑n誆捎媒峁孤嘲糶院鴕姿鸚韻喙胤治齜椒ㄖ傅記帕海櫻齲痛義細(xì)釁韃獾悴賈�，假nü峁孤嘲糶院鴕姿鸚韻喙胤治穌業(yè)澆峁箍沽Ρ冉媳∪醯牟垮義銜換蠆考

本文編號(hào)：2749327