本文關(guān)鍵詞：基于橋梁監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)性能三層次評(píng)估方法

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【摘要】：世界各國(guó)都擁有巨大體量的基礎(chǔ)設(shè)施工程結(jié)構(gòu),維護(hù)管理經(jīng)費(fèi)的不足使得工程結(jié)構(gòu)安全、耐久與健康問題愈加嚴(yán)重。如何能夠有效的對(duì)工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行性能評(píng)估,從而正確完善的維護(hù)管理工程結(jié)構(gòu)是業(yè)界難題。本文以橋梁結(jié)構(gòu)為主體,通過綜述世界各國(guó)關(guān)于橋梁性能評(píng)估的規(guī)范操作方法,從傳感技術(shù)、模態(tài)參數(shù)識(shí)別理論兩個(gè)層面思考如何能夠更好的進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能評(píng)估,并提出基于橋梁監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的三層次性能評(píng)估方法。其主要內(nèi)容以及創(chuàng)新點(diǎn)主要有以下幾個(gè)：(1)介紹了長(zhǎng)標(biāo)距應(yīng)變傳感技術(shù)。良好的數(shù)據(jù)來源是結(jié)構(gòu)性能評(píng)估的大前提,結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展若干年來,所出現(xiàn)的紛繁多樣的傳感技術(shù)都因?yàn)楦鞣N局限性,使得所測(cè)量數(shù)據(jù)很難用于準(zhǔn)確的性能評(píng)估。在本文中提出基于長(zhǎng)標(biāo)距應(yīng)變的分布區(qū)域傳感技術(shù),通過有限元分析,將橋梁結(jié)構(gòu)劃分為重點(diǎn)區(qū)域和非重點(diǎn)區(qū)域來布置傳感器,兼顧了全結(jié)構(gòu)性能參數(shù)識(shí)別的同時(shí)也減少了不必要的傳感器浪費(fèi),長(zhǎng)標(biāo)距應(yīng)變技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了宏微觀結(jié)構(gòu)參量的準(zhǔn)確測(cè)量。并在論文中對(duì)常規(guī)結(jié)構(gòu)布設(shè)、安裝、采集、存儲(chǔ)等做了相關(guān)規(guī)定,保障后續(xù)結(jié)構(gòu)性能評(píng)估擁有穩(wěn)定的數(shù)據(jù)來源。(2)豐富了長(zhǎng)標(biāo)距應(yīng)變模態(tài)分析理論。結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)一直以來都是我們了解結(jié)構(gòu)性能狀況最為直接的方式,如何從采集的數(shù)據(jù)中準(zhǔn)確的識(shí)別結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)一直是難點(diǎn)。本文中,通過擴(kuò)展傳統(tǒng)位移模態(tài)參數(shù)識(shí)別理論,豐富完善了長(zhǎng)標(biāo)距應(yīng)變模態(tài)分析理論。在實(shí)現(xiàn)識(shí)別結(jié)構(gòu)基本參數(shù)(頻率、阻尼、振型)的基礎(chǔ)上,了解了應(yīng)變頻響函數(shù)矩陣中包含更多結(jié)構(gòu)信息,以次實(shí)現(xiàn)了更深層次參數(shù)結(jié)構(gòu)應(yīng)變?nèi)岫鹊淖R(shí)別,為結(jié)構(gòu)性能評(píng)估奠定了良好的理論基礎(chǔ)。(3)提出了質(zhì)量未知條件下的應(yīng)變?nèi)岫茸R(shí)別方法。文中研究了應(yīng)變頻響函數(shù)與應(yīng)變?nèi)岫戎g的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)應(yīng)變頻響函數(shù)在頻率為零處等于結(jié)構(gòu)的應(yīng)變?nèi)岫认禂?shù),分別從實(shí)模態(tài)和復(fù)模態(tài)頻響函數(shù)中推導(dǎo)應(yīng)變?nèi)岫扔?jì)算公式,實(shí)模態(tài)下需要知道結(jié)構(gòu)質(zhì)量歸一化的應(yīng)變振型,復(fù)模態(tài)下需要知道模態(tài)縮放系數(shù)。采用PolyMAX法,可以在未知質(zhì)量情況下,直接實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量的應(yīng)變頻響函數(shù)進(jìn)行參數(shù)識(shí)別,對(duì)于工程實(shí)踐具有重要意義。同時(shí)針對(duì)傳統(tǒng)方法難以識(shí)別密集模態(tài)這一挑戰(zhàn)性問題,提出了窄頻帶內(nèi)的參數(shù)識(shí)別法,大幅減少計(jì)算時(shí)間還能獲得更為精確的結(jié)果。為結(jié)構(gòu)性能評(píng)估提供了深層次參數(shù)識(shí)別的理論基礎(chǔ)。(4)提出了三層次性能評(píng)估方法。世界各國(guó)橋梁性能評(píng)估規(guī)范中,均以人工檢測(cè)輔助一定自動(dòng)化檢測(cè)裝備進(jìn)行性能評(píng)估,受人工主觀意識(shí)影響較大,同時(shí)檢測(cè)過程很難得到連續(xù)的監(jiān)測(cè),對(duì)于結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化了解甚少。在此基礎(chǔ)上,創(chuàng)新性的提出三層次性能評(píng)估方法,依托長(zhǎng)標(biāo)距傳感技術(shù)以及長(zhǎng)標(biāo)距應(yīng)變模態(tài)理論,對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)由淺及深,層層推進(jìn),挖掘數(shù)據(jù)中的有效結(jié)構(gòu)信息。通過第一層次數(shù)據(jù)預(yù)處理及性能報(bào)警,去除錯(cuò)誤數(shù)據(jù),修復(fù)異常數(shù)據(jù),并發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)異常狀況；通過第二層次在較高質(zhì)量的數(shù)據(jù)中進(jìn)行深層次參數(shù)識(shí)別,損傷識(shí)別,進(jìn)而進(jìn)行性能評(píng)估；第三層次提煉第二層次性能評(píng)估結(jié)果進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)累積,進(jìn)行結(jié)構(gòu)剩余壽命預(yù)測(cè)。并將該過程與傳統(tǒng)性能評(píng)估規(guī)范進(jìn)行結(jié)合,旨在推動(dòng)健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)真正融入結(jié)構(gòu)性能評(píng)估過程中,從而實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)評(píng)估。
【關(guān)鍵詞】：性能評(píng)估 長(zhǎng)標(biāo)距應(yīng)變 參數(shù)識(shí)別 沖擊振動(dòng)
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U446
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第1章 緒論14-26
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 健康監(jiān)測(cè)技術(shù)興起及發(fā)展15-19
• 1.2.1 工程結(jié)構(gòu)維護(hù)管理理念15-16
• 1.2.2 工程結(jié)構(gòu)檢測(cè)評(píng)估方法16-18
• 1.2.3 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展18-19
• 1.3 橋梁性能評(píng)估規(guī)范發(fā)展?fàn)顩r19-23
• 1.3.1 技術(shù)能力評(píng)定規(guī)范19-20
• 1.3.2 承載能力評(píng)定規(guī)范20-23
• 1.4 基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的性能評(píng)估方法初探23-24
• 1.5 本論文主要研究?jī)?nèi)容24-26
• 1.5.1 主要研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)24-25
• 1.5.2 論文結(jié)構(gòu)安排25-26
• 第2章 長(zhǎng)標(biāo)距應(yīng)變傳感技術(shù)與橋梁性能評(píng)估26-38
• 2.1 傳感技術(shù)與性能評(píng)估26
• 2.2 結(jié)構(gòu)區(qū)域分布傳感理念26-27
• 2.3 長(zhǎng)標(biāo)距傳感技術(shù)27-30
• 2.3.1 長(zhǎng)標(biāo)距FBG傳感技術(shù)28
• 2.3.2 長(zhǎng)標(biāo)距布里淵散射光纖傳感技術(shù)28-29
• 2.3.3 長(zhǎng)標(biāo)距碳纖維傳感技術(shù)29
• 2.3.4 傳感技術(shù)分類29-30
• 2.4 長(zhǎng)標(biāo)距傳感器布設(shè)方式30-33
• 2.4.1 典型監(jiān)測(cè)指標(biāo)的傳感器布設(shè)方案30-32
• 2.4.2 橋梁結(jié)構(gòu)傳感器布設(shè)方案32-33
• 2.5 傳感器現(xiàn)場(chǎng)安裝與數(shù)據(jù)管理33-37
• 2.5.1 光纖傳感器連接方式33-34
• 2.5.2 光纖傳感器安裝方式34-35
• 2.5.3 傳感數(shù)據(jù)的采集、處理、傳輸與存儲(chǔ)管理35-37
• 2.6 本章小節(jié)37-38
• 第3章 基于長(zhǎng)標(biāo)距應(yīng)變數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)參數(shù)識(shí)別38-64
• 3.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)識(shí)別與性能評(píng)估38
• 3.2 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)識(shí)別理論38-45
• 3.2.1 頻響函數(shù)定義38-40
• 3.2.2 實(shí)模態(tài)頻響函數(shù)推導(dǎo)40-41
• 3.2.3 復(fù)模態(tài)頻響函數(shù)推導(dǎo)41-43
• 3.2.4 振動(dòng)系統(tǒng)頻響函數(shù)估計(jì)43-45
• 3.3 長(zhǎng)標(biāo)距應(yīng)變參數(shù)識(shí)別理論45-53
• 3.3.1 梁彎曲變形理論及共軛梁法45-47
• 3.3.2 點(diǎn)式應(yīng)變頻響函數(shù)定義47-48
• 3.3.3 實(shí)模態(tài)長(zhǎng)標(biāo)距應(yīng)變頻響函數(shù)定義48-49
• 3.3.4 復(fù)模態(tài)長(zhǎng)標(biāo)距應(yīng)變頻響函數(shù)定義49-50
• 3.3.5 頻響函數(shù)矩陣特征對(duì)比50-53
• 3.4 長(zhǎng)標(biāo)距應(yīng)變?nèi)岫葏?shù)識(shí)別53-55
• 3.4.1 長(zhǎng)標(biāo)距應(yīng)變?nèi)岫雀拍?/span>53
• 3.4.2 應(yīng)變頻響函數(shù)和應(yīng)變?nèi)岫染仃嚨年P(guān)系53-54
• 3.4.3 頻響函數(shù)頻域表示模型54-55
• 3.5 PolyMAX法長(zhǎng)標(biāo)距應(yīng)變參數(shù)識(shí)別55-63
• 3.5.1 頻響函數(shù)的誤差函數(shù)55-57
• 3.5.2 縮減正則方程57-58
• 3.5.3 基本模態(tài)參數(shù)識(shí)別58-60
• 3.5.4 應(yīng)變振型、應(yīng)變?nèi)岫茸R(shí)別60-61
• 3.5.5 窄帶內(nèi)的應(yīng)變?nèi)岫茸R(shí)別61-63
• 3.6 本章小結(jié)63-64
• 第4章 三層次性能評(píng)估方法64-98
• 4.1 結(jié)構(gòu)性能評(píng)估方法概述64-65
• 4.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在檢測(cè)規(guī)范中的應(yīng)用65-71
• 4.2.1 橋梁檢測(cè)規(guī)范方法65-66
• 4.2.2 隧道檢測(cè)規(guī)范方法66-68
• 4.2.3 建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)規(guī)范方法68
• 4.2.4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在檢測(cè)過程中的應(yīng)用68-71
• 4.3 三層次性能評(píng)估方法概述71-72
• 4.4 第一層次—結(jié)構(gòu)異常分析與功能預(yù)警72-79
• 4.4.1 基本概念72-73
• 4.4.2 異常數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)73-75
• 4.4.3 預(yù)警指標(biāo)設(shè)定方法75-79
• 4.5 第二層次—結(jié)構(gòu)性能評(píng)估79-92
• 4.5.1 基本概念79-80
• 4.5.2 基于長(zhǎng)標(biāo)距應(yīng)變模態(tài)的損傷識(shí)別80-87
• 4.5.3 基于長(zhǎng)標(biāo)距應(yīng)變PolyMAX法參數(shù)識(shí)別及性能評(píng)估87-92
• 4.6 第三層次—長(zhǎng)壽命周期性能評(píng)估92-96
• 4.6.1 基本概念92
• 4.6.2 橋梁結(jié)構(gòu)性能劣化預(yù)測(cè)及剩余壽命評(píng)估92-93
• 4.6.3 基于可靠度理論的橋梁結(jié)構(gòu)性能評(píng)估方法93-94
• 4.6.4 基于結(jié)構(gòu)疲勞特性的結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測(cè)方法94-96
• 4.7 本章小結(jié)96-98
• 第5章 總結(jié)與展望98-100
• 5.1 全文工作總結(jié)98-99
• 5.2 后續(xù)工作展望99-100
• 致謝100-102
• 參考文獻(xiàn)102-106
• 作者簡(jiǎn)介106

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本文編號(hào)：835633