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基于桥梁远程监测信息的剩余寿命预测模式研究

作　者: 武电坤
导　师: 周建庭
学　校: 重庆交通大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 监测信息剩余使用寿命时变可靠度抗力荷载效应时间序列理论预测模式
分类号: U446.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 144次
引　用: 3次
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内容摘要

桥梁在服役期间,环境侵蚀、材料老化和荷载的长期效应、疲劳效应与突变效应等不利因素的耦合作用将不可避免地导致结构和系统的损伤积累及抗力衰减,其剩余使用寿命经受着严峻的考验。随着桥梁健康监测技术的发展,测试信息的准确性相应提高;同时时变可靠度理论也不断得到完善,极大地提高了预测评估的可靠性。而现有的结构使用寿命预测方法都不能系统地、真实地对桥梁做出可靠的预测,本课题旨在从研究桥梁实时监测信息出发,以时间序列理论和可靠度理论为基础,建立结构抗力和所受荷载效应的数学统计模式,进而达到预测桥梁整体结构的剩余使用寿命目的。首先比较常用结构使用寿命预测方法的优缺点,重点分析基于监测信息的寿命预测特点及优势;利用规范和有限元理论,结合监测手段提出确定桥梁初始状态的三种方法。影响桥梁可靠性剩余寿命预测的因素大体分为结构抗力和荷载效应两类,因此将它们构成整个研究的主题。通过收集国内外对结构抗力时变方面研究的资料,系统总结了诱发桥梁抗力衰变的各个影响因素,并对其影响机理进行深入剖析;借用材料力学和结构动力学的基本原理,推导出反映结构抗力衰变的特征因子;时频分析理论揭示了监测信息与这些特征因子的相互关联。依据数学手段和各特征因子的特性,提出特征因子反映抗力的方法;小波多尺度分析和数学拟合方法的思路解决了监测信息中活载效应分离的问题,为修正现有荷载模型打下基础。最后,应用时间序列理论建立起基于监测信息的结构抗力及荷载效应的预测性时变模式,构建出可靠性结构寿命预测的框架流程模式。以实桥监测信息为依托,分析了该桥抗力及活载效应的动态趋势,给出挠度监测信息的ARMA预测函数表达式,总结、验证了寿命预测模型的正确性。该模型融入信息、数学和力学等多方面知识,它将具有广泛的工程应用前景,及重大的社会效益和经济效益。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-27
  1.1 研究的背景、意义  9-11
  1.2 桥梁健康监测系统的发展及应用现状  11-16
    1.2.1 桥梁健康监测的发展历程  11-12
    1.2.2 桥梁健康监测系统的应用现状  12-16
  1.3 结构可靠性评定理论及方法的研究现状  16-18
  1.4 桥梁使用寿命预测理论的研究现状  18-24
    1.4.1 结构使用寿命终结的判断准则  19-22
    1.4.2 桥梁使用寿命预测的方法  22-24
  1.5 主要研究内容及取得的成果  24-26
  1.6 主要创新点  26
  1.7 本章小结  26-27
第二章桥梁监测系统中传感器的布置及初始状态确定  27-43
  2.1 两类有代表性桥梁的结构分析  27-32
    2.1.1 斜拉桥  27-31
    2.1.2 连续刚构桥  31-32
  2.2 桥梁健康监测系统中传感器的优化布置  32-38
    2.2.1 传感器布置的理论基础  33-36
    2.2.2 传感器布置的工程实例  36-38
  2.3 初始状态的确定  38-42
    2.3.1 《公预规》规定  38-40
    2.3.2 有限元计算理论方法  40-41
    2.3.3 初始监测确定方法  41-42
  2.4 本章小结  42-43
第三章诱发桥梁抗力时变的影响因素  43-57
  3.1 桥梁抗力衰变的内因素影响分析  43-49
    3.1.1 不确定性影响因素  43-44
    3.1.2 收缩、徐变及松弛  44-46
    3.1.3 碱—集料反应  46-47
    3.1.4 混凝土、钢筋强度的时变效应  47-48
    3.1.5 预应力损失  48-49
  3.2 桥梁抗力衰变的外因素影响分析  49-56
    3.2.1 混凝土的碳化  49-51
    3.2.2 钢筋的锈蚀  51-53
    3.2.3 结构裂缝  53-54
    3.2.4 荷载效应  54-56
  3.3 本章小结  56-57
第四章基于桥梁实时监测信息的抗力衰变特征因子研究  57-77
  4.1 结构的本构关系理论  57-61
  4.2 结构抗力衰变特征因子的分析  61-71
    4.2.1 静力特征因子  61-63
    4.2.2 动力特征因子  63-69
    4.2.3 信号特征因子  69
    4.2.4 特征因子与健康监测信息的关联分析  69-71
    4.2.5 特征因子与结构抗力建立关系的算法  71
  4.3 特征因子对结构抗力衰变趋势的反映分析  71-76
    4.3.1 单因子对结构抗力的反映  71-72
    4.3.2 多因子对结构抗力的反映  72-76
  4.4 本章小结  76-77
第五章桥梁荷载作用效应的动态规律分析  77-95
  5.1 活载作用效应动态规律的提取  78-82
  5.2 桥梁结构荷载及其效应的随机概率模型  82-94
    5.2.1 恒载  82-86
    5.2.2 车辆荷载  86-91
    5.2.3 人群荷载  91-93
    5.2.4 温度荷载  93
    5.2.5 风荷载  93-94
  5.3 本章小结  94-95
第六章基于变量时间序列性的在役桥梁可靠性分析及剩余使用寿命预测  95-115
  6.1 基本理论  95-100
    6.1.1 时间序列理论  95-96
    6.1.2 可靠度理论  96-100
  6.2 结构时变失效概率模式  100-103
  6.3 桥梁结构抗力及作用效应的模式  103-106
    6.3.1 结构抗力时变模式  103-105
    6.3.2 结构作用效应时变模式  105-106
  6.4 在役桥梁系统可靠性分析及可靠指标的确定  106-111
    6.4.1 结构系统可靠性分析  106-109
    6.4.2 目标、最低可靠指标  109-111
  6.5 桥梁剩余使用寿命预测模式的建立  111-113
    6.5.1 剩余使用寿命预测模式的分析  111-112
    6.5.2 剩余使用寿命预测流程  112-113
  6.6 本章小结  113-115
第七章实桥健康监测信息的分析及剩余使用寿命预测  115-132
  7.1 工程概况  115-117
    7.1.1 桥梁结构特点  115
    7.1.2 桥梁监测系统的设置  115-117
  7.2 监测数据的提取及分析  117-121
  7.3 结构抗力和活载效应的监测信息分析  121-126
    7.3.1 小波分析工具的选择  121-122
    7.3.2 结构抗力衰变趋势的提取  122-124
    7.3.3 结构活载效应时变趋势的提取  124-126
  7.4 基于实时监测信息的桥梁剩余寿命预测函数  126-131
    7.4.1 时间序列预测模型的选择  126
    7.4.2 结构剩余寿命预测函数的分析  126-131
  7.5 本章小结  131-132
第八章结论与建议  132-135
  8.1 本文的主要结论  132-133
  8.2 进一步研究的建议  133-135
致谢  135-136
参考文献  136-143
附录  143-145
在学期间发表的论著及取得的科研成果  145

基于桥梁远程监测信息的剩余寿命预测模式研究

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