【摘 要】
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随着桥梁的服役时间的增长,桥梁在外界环境和交通荷载的作用下,构件失效、材料老化的问题也随之而来,为了及时掌握桥梁的运行状况,识别桥梁发生的损伤,很多桥梁均布设了结构健康监测系统。然而随着这些结构健康监测系统的运行,其采集的海量数据积压在数据库中,没有得到有效利用,因此,如何有效的利用这些海量的桥梁健康监测数据,从中提取出和桥梁结构状态相关的信息,识别桥梁损伤,具有重要意义。本文从不同测点监测响应的
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随着桥梁的服役时间的增长,桥梁在外界环境和交通荷载的作用下,构件失效、材料老化的问题也随之而来,为了及时掌握桥梁的运行状况,识别桥梁发生的损伤,很多桥梁均布设了结构健康监测系统。然而随着这些结构健康监测系统的运行,其采集的海量数据积压在数据库中,没有得到有效利用,因此,如何有效的利用这些海量的桥梁健康监测数据,从中提取出和桥梁结构状态相关的信息,识别桥梁损伤,具有重要意义。本文从不同测点监测响应的相关性和单个测点相近车速列车过桥时响应的相似性两个角度出发,进行了桥梁损伤识别的研究,并以京沪高速铁路南京大胜关大桥桥梁健康监测数据为基础,对上述两个方面的损伤识别方法进行了验证。本文主要的研究内容如下:(1)以系统论的观点来看,桥梁上布设的健康监测测点具有一定的关联性,尤其是对于同类型的测点而言,不同位置处的测点往往具有较强的相关性。在对实际监测数据进行分析时,原始信号往往会受到各种各样的干扰,导致所得结论出现误差,为此提出以桥梁原始振动响应中的列车加载频率分量来代表原始振动响应的方法,减少了多余干扰成分,并提高了信号的信噪比。基于以上思想,对实测的南京大胜关大桥桥梁健康监测数据进行了研究,首先调研分析了数据预处理的基本流程及处理方法;而后提取列车加载频率分量,对大胜关大桥两主跨加速度测点信号之间的互相关性进行了分析;最后基于以上分析,对两主跨竖向加速度均方根值和峰值的互相关图进行了线性拟合,建立拟合系数的控制图,以拟合系数在桥梁损伤前后的变化来识别桥梁的损伤;(2)研究了时间序列相似性及其度量方法,引入了语音识别领域的动态时间规整算法,并介绍了其度量时间序列相似性的基本流程;而后将该方法应用于桥梁的损伤识别中来:同一方向上,同型号列车以相同或相近车速经过同一座桥梁时,在桥梁损伤前后造成的桥梁振动响应是不相似的;基于此原理,采用上述动态时间规整算法对两条桥梁振动加速度响应时间序列进行相似性度量,计算两序列之间的DTW距离,并基于计算结果设定了损伤预警指标RDS;最后建立了桥梁有限元模型,设置不同的桥梁损伤工况,对所提方法的有效性进行了验证;(3)利用所提基于动态时间规整算法的桥梁损伤识别方法对南京大胜关长江大桥主跨加速度响应数据进行了损伤预警研究,并分析了温度与RDS指标的相关性;而后将大胜关大桥的健康监测数据分为训练样本和检验样本,基于训练样本的每日RDS最大值的分布规律,设置了RDS指标的黄色预警阈值和红色预警阈值;最后以加速度数据不同程度的增大来模拟桥梁的损伤,验证方法的有效性。
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