基于青草背长江大桥健康监测的悬索桥技术状况评定方法研究

'分类号U446单位代码10618密级公开学号2120086008硕士学位论文基于青草背长江大桥健康监测的悬索桥技术状况评定方法研究研究生姓名：李冬冬导师姓名及职称：张永水教授申请学位类别工学硕士学位授予单位重庆交通大学一级学科名称土木工程论文提交日期2015年04月18日二级学科名称桥梁与隧道工程论文答辩日期2015年06月07日2015年06月07日I TechnicalConditionAssessmentResearchonSuspensionBridgeBasingontheHealthMonitorofQingcaobeiYangtzeRiverBridgeADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：LiDongdongSupervisor：Prof.ZhangYongshuiChongqingJiaotongUniversity,Chongqing,China III 摘要由于桥梁健康监测与评估系统相对于传统的桥梁检测方法具有长期性、实时性、高效性等显著优势，近些年来被广泛应用到各类重要桥梁上，受到桥梁工作者的广泛认可。然而，长期、高频的监测产生海量的健康监测数据，如何基于这些监测数据，完成对监测桥梁技术状况的评定是国内外学者致力解决的问题之一。现有基于健康监测技术状况评定方法多采用层次分析原理建立监测桥梁的层次分析模型，根据底层指标的评定结果逐层分析、汇总至顶层，完成监测桥梁技术状况的评定。但是由于该方法存在权重分配的问题，容易导致某一权重指标失效时总体评定结果变化结果较小，不符合工程实际情况。鉴于此，本文基于面向对象思想和斜拉桥索力优化影响矩阵法，提出了适用于基于健康监测的悬索桥技术状况评定方法，并将该方法用于青草背长江大桥健康状态评估，证明了该方法的适用性、有效性。本文主要开展了以下工作：①对青草背长江大桥健康监测实测样本数据进行统计分析，得到了青草背长江大桥主缆索力、吊杆拉力、主梁位移、主梁应变及索塔应变随时间变化规律，并尝试对监测数据中的温度效应进行剥离，着重对车辆荷载下各监测变量的响应进行分析。②通过对现有基于桥梁健康监测的技术状况评定方法研究分析，提出了面向对象的悬索桥技术状况评定方法，建立了青草背长江大桥对象系统。借鉴斜拉桥索力优化影响矩阵法，推导出了桥梁健康监测系统的影响方程，证明了各监测变量之间的内在联系。③提出了采用m维空间内的“超椭球”面作为桥梁健康监测系统的预警阀值，并据此建立了一种新的桥梁技术状况评定方法。④基于青草背长江大桥健康监测数据，分别采用本文提出方法和层次分析法对青草背长江大桥技术状况进行评定，分析了本文提出方法的优势。关键词：悬索桥，健康监测，技术状况评定，监测阀值，温度效应剥离 ABSTRACTBridgehealthmonitoringandassessmentsystemhasbeenwidelyusedandrecognizedinrecentyearswithitsadvantagesoflong-term,real-time,andhigh-efficiency.However,howtocompletethetechnicalconditionassessmentofthemonitoredbridgebasingonthesehugemonitoringdatabecomesthemostimportantproblemtobesolved.Amongexistingtechnicalconditionassessmentmethods,hierarchicalanalysismodelofmonitoredbridgeisalwaysestablishedbasingontheprincipleofhierarchicalanalysis,inwhichthedataisanalyzedstepbystepaccordingtotheassessmentresultsoftheunderlyingindexanalysis,andthensummarizedtothetopwiththeassessmentcompleted.Butwiththeproblemofweightallocationinthismethod,thechangeoftheoverallassessmentturnslesswhenacertainweightindexfails,whichdoesn’tconformtothepracticalengineering.Therefore,technicalconditionassessmentmethodforcable-stayedbridgeisproposedinthispaperonthebasisofobject-orientedideaandinfluencematrixmethodofcableforceoptimizationofcable-stayedbridge,whosesuitabilityandeffectivenesshasbeenprovedbyapplyingitinQingcaobeiYangtzeRiverBridge.Themainworkisconductedasthefollows.①Thechangingrulesofthemaincableforce,suspendertension,maincabledisplacement,maingirderstrainandtowerstrainwiththetimeareobtainedbyanalyzingthemeasuredsampledataofQingcaobeiRiverBridge.Andtheresponseofthemonitoringvariablesunderthevehicleloadisanalyzedbydivestingthetemperatureeffectinmonitoringdata.②theobject-orientedtechnologyconditionassessmentmethodofsuspensionBridgesisputforwardbasedontheresearchanalysisofexistingtechnicalconditionassesmentmethods,theobjectsystemofQingcaobeiYangtzeriverbridgeisestablished.TheinfluenceequationofhealthmonitoringsystemhasbeendeducedontheinfluencematrixmethodofcableforceoptimizationofCable-stayedbridge,whichprovedtheinternalrelationbetweenthemonitoringvariables.③Anewbridgetechniqueconditionassessmentmethodisestablishedinwhichm-dimesionsspacesuperellipsoidsurfaceisadoptedasearlywarningthresholdofbridgehealthmonitoringsystem.II ④BasingonthehealthmonitoringdataofQingcaobeiYangtzeriverbridge,techniqueconditionassessmentaremadeusinghierarchicalanalysisandmethodinthispaperrespectivelyandtheadvantagesofthemethodproposedinthispaperareanalyzed.KEYWORDS：SuspensionBridge,HealthMonitoring,TechniqueConditionAssessment,MonitoringThreshold,strippingofTemperatureEffectIII 目录第一章绪论............................................11.1桥梁健康监测系统简介........................................11.2桥梁技术状况评定方法........................................21.2.1层次分析法............................................21.2.2综合评定方法..........................................31.2.3模糊评定方法..........................................41.2.4专家评价方法..........................................51.3桥梁技术状况评定方法研究现状................................51.4主要研究内容................................................7第二章青草背长江大桥健康监测与评估系统.................82.1工程概况....................................................82.2健康监测与评估系统实施方案..................................82.2.1硬件实施方案..........................................92.2.2软件实施方案.........................................112.3健康监测系统传感器布置方案.................................122.3.1加劲梁传感器布置.....................................152.3.2主缆传感器布置.......................................162.3.3索塔传感器布置.......................................182.3.4吊杆传感器布置.......................................192.4本章小结...................................................19第三章青草背长江大桥健康监测结果分析..................203.1应变监测结果分析...........................................203.1.1加劲梁应变...........................................203.1.2索塔应变.............................................303.2空间变位监测结果分析.......................................333.3吊杆拉力监测结果分析.......................................343.3.1北岸吊杆.............................................343.3.2南岸吊杆.............................................373.4主缆索力监测结果分析.......................................40I 3.4.1上游主缆索力.........................................403.4.2下游主缆索力.........................................413.5主梁纵向变位监测结果分析...................................423.6塔顶偏移量监测结果分析.....................................433.7本章小结...................................................44第四章悬索桥技术状况评定方法..........................454.1面向对象思想的提出.........................................454.2健康监测系统的影响矩阵思想.................................474.2.1影响矩阵方法的引出...................................474.2.2悬索桥健康监测系统影响矩阵的建立.....................494.3健康监测系统阀值计算方法...................................514.3.1单项监测参数阀值计算方法.............................514.3.2协调阀值方程的建立...................................534.4面向对象的桥梁技术状况评定方法.............................564.5面向对象评价方法的局限性...................................584.6本章小结...................................................59第五章工程应用........................................605.1青草背长江大桥健康监测系统阀值计算.........................605.2青草背长江大桥技术状况评定.................................615.2.1层次分析法评定结果...................................615.2.2面向对象方法评定结果.................................645.3评定结果对比分析...........................................675.4本章小结...................................................69第六章结论与展望......................................706.1本文主要结论...............................................706.2展望.......................................................70致谢................................................72参考文献................................................73在学期间发表的论著及取得的科研成果.......................76II 第一章绪论第一章绪论1.1桥梁健康监测系统简介随着设计理论和施工水平的快速发展，桥梁跨径越来越大，结构变得越来越[1]轻柔，为保证重要桥梁的正常运用，后期运营监控及养护维护的投入也越来越大。现阶段，传统的桥梁监测技术和实时健康监测系统是桥梁运营监控及后期维护的重要手段之一。然而，传统的桥梁检测主要借助相对简单的检测仪器通过人工巡[2]检方式实现，该方法虽然仍被广泛应用到桥梁养护领域，但是仍存在较多局限性：①经济性较差，桥梁检测期间需要投入大量的人力、物力、财力，特别是当待检桥梁跨径较大、结构较复杂时，其资源投入急剧增加；②桥梁检测技术人员作为桥梁检测过程的主要参与者，虽然具有较强的专业理论知识和工程经验，但是仍然无法避免认识问题的主观性和局限性，导致检测盲点多、评估结果难以量化；③检测过程中，有时需要封闭桥上交通，影响正常的交通运营；④检测周期较长，无法反应桥梁的实时状态。根据美国公路委员会于2005年做的统计调查表明，同一座桥梁人工巡检的方[2]式得到的评估结果与实际偏差高达56%，而且桥梁跨径越大、结构越复杂这种偏差愈加明显。20世纪80年代，逐步兴起的结构健康监测技术改善了传统检测技术面临的困境，并被应用到桥梁检测养护领域。20世纪90年代起，国内外重要的大跨桥梁大多设置了结构健康监测系统,监测内容除了结构本身的状态和行为以外,还强调对环境条件的监测和记录分析，并具有快速大容量的信息采集、通讯与存储能力。桥梁健康监测系统构成图如图1-1所示。图1-1桥梁健康监测系统构成图1 重庆交通大学硕士毕业论文除了桥梁健康的实时监测和在线技术状况评估外，桥梁健康监测系统还对桥[3]梁的新型设计理论的验证有积极的意义。健康监测数据不仅可以用于工程结构健康状态的评估，同时也可以为设计方法的完善和相应的规范标准修正提供数据基础，进一步认识了解桥梁结构在各种未知的外界环境因素作用下的响应。近些年来，桥梁健康监测技术在我国发展迅速，安装桥梁健康监测系统的桥[4]梁越来越多。安装在香港青马大桥的风和结构健康监测系统（WASHMS）设计较为完善,全桥共布置有350多个传感器，实现对全桥力学响应的实时反映。重庆朝天[5]门长江大桥于2013年安装了桥梁健康监测与评估系统：全桥共布置有各类传感器703个（套），用以监测各主要受力部件的应力、变形情况，该系统设计较为完善，处于国内先进水平。此外，国内的主跨1385m的江阴长江公路大桥、主跨1088m的苏通长江大桥、南京长江三桥等大型重要桥梁均安装有桥梁健康监测与评估系统。1.2桥梁技术状况评定方法通过对桥梁实测数据的处理分析，是桥梁技术状况评定的核心步骤。现阶段业内应用较普遍的技术评定方法主要由层次分析法、综合评估法几类[1,2,6-9]。1.2.1层次分析法[10]人作为社会活动的重要参与者，几乎在每件事情都需要作出决策。但是随着社会的快速发展，人们需要解决问题的越来越复杂，需要考虑的因素也越来越多，传统的决策方法越来越难以满足决策需求。层次分析法作为一种优秀的决策方法应运而生，近些年来在桥梁技术状况评定中得到广泛的应用。层次分析法（TheAnalyticHierarchyProcess）的概念由运筹学家[11,12,13]T.L.Saaty于首次提出。它有着简单的数学原理，但仅需借助简单的数学工具即可实现问题决策。层次分析法将复杂的决策问题根据问题本质分成多个组成因素，并根据各个因素之间的支配关系形成有序的递阶层次结构，再根据不同因素对总体的影响程度两两对比确定各因素的相对重要性，然后综合人的判断以决[14]定问题诸因素的相对重要性总顺序。层次分析法原理图如图1-2所示。2 第一章绪论图1-2层次分析法原理图层次分析法作为应用最普遍的决策分析方法，与其他方法相比具有显著的优[15]点：①适用性。采用该方法进行决策所有的信息输入均来自决策者，输入的信息可以充分的反映出决策者对决策问题的理解和认识，该过程中减少了决策分析者与决策者之间的沟通问题，使该方法对决策者与决策分析者均具有较好的适用性。②简洁性。层次分析法虽然背后有深奥的数学原理，但是想要理解掌握它所需要的文化水平并不高。并且，由于其计算过程简单，结果清晰明了。③实用性。层次分析法不仅可以进行定量分析，还可以进行定性分析，他可以将决策过程中定量因素和定性因素结合起来用统一的方式进行处理，它的应用范围较为广泛，在能源政策与资源分配、企业管理与生产决策、管理信息系统、政治冲突与分析、经济分析和计划、行为科学、医疗卫生、社会学、土木工程等多个领域均可以发现层次分析法均有应用。④系统性。人的决策大致分为因果推断方式、概率方式、系统方式三种。层次分析法属于系统决策方式的一种。它在决策过程中将决策目标看成一个系统，在系统各组成部分相互作用关系及系统所处环境的基础上进行决策，决策结果包含了各个组成部分之间的影响。由于层次分析法在问题决策上的优势，《公路桥涵养护规》JTGH11-2004中桥梁技术状况评定内容便是基于层次分析法作出的，其理论的成熟性不言而喻。1.2.2综合评定方法《公路桥涵养护规范》JTGH11-2004（简称：养护规范）及《公路桥梁技术状况评定标准》JTGTH21-2011（简称：评定标准）中均推荐采用综合评定方法对桥梁进行技术状况评定，该方法实际上是加权平均算法的变种，它简单易懂，被认为是桥梁技术状况评定的经典方法，被多国桥梁养护规范所采用[17]。它首先根据待检桥梁的基本组成部件实现对3 重庆交通大学硕士毕业论文待检桥梁的细化分析，并根据每个构件的损伤程度、损伤变化趋势等进行打分，实现对桥梁基本部件的状态进行评定。以此为基础，根据各个部件对桥梁整体的重要程度实现对待检桥梁技术状况的评定，如图1-3所示。图1-3综合评定法评定流程根据《公路桥涵养护规》JTGH11-2004，综合评估法的计算公式为：nDr100RiWi/5i1其中，Ri为桥梁各部件的评定标度；Wi为各部件权重；Dr为全桥技术状况评分。实际工程中，每个部件对全桥的重要性均不相同。采用了固定的权重，很难反映工程实际情况，并且不同桥梁的相同部件在全桥中所占的权重也存在一定的差异。因此，常权综合评估方法评估结果的局限性显而易见。这催生了变权综合评估原理的提出：根据因素状态的变化调整因素的权重，实现权重的动态分配。引入变权原理的综合评估法在应用较为广泛，其评估结果认可度较高。1.2.3模糊评定方法桥梁技术状况的评定需要综合多种因素的影响才能确定，而由于因素本身表[18]现为随机性，各因素之间的相互作用关系难以确定。此外，由于一些影响因素本身的性质，无法定量的去描述，这就造成了采用层次分析法对桥梁技术状况进行评定的难度，无法引入精确的数学模型描述。[19]1965年，L.A.Zadeh教授首先提出了模糊数学理论的基本概念，并在而后几十年中快速发展，在力学、天文、物理、化学等领域取得了巨大的成功。近些[20]年来在桥梁技术状况评定中也有一定范围的应用。郭杨等人为更好的了解桥梁的承载力及运营情况，建立了桥梁技术状况评定的数学模型，认为需多层次分析才可以完成评定的桥梁，采用模糊数学评定方法只需一级模糊综合评定即可完成，与规范中规定的方法相比，更加简洁、高效。4 第一章绪论虽然模糊数学理论在桥梁状态评估中应用发展较快，但是仍处在初步发展阶段，评估方法的应用仍存在着一定的局限性，在实际工程应用中还不广泛。1.2.4专家评价方法无论是经典的层次分析法，还是基于模糊数学原理的评定方法，都是依靠决策者这一决策过程中重要参与者的工程经验来实现桥梁状况的评定的。对于大型桥梁技术状况的评定，由于决策者自身思维和经验的限制，不可能对待评定桥梁有全面的了解，依靠其得到的评定结果必然存在着较大的片面性。若能结合多个经验丰富的人（专家）对待评定桥梁的认识，则定然使最后的评估结果更加合理、更加全面，这便是专家评价方法的基本思想。采用专家评价法对桥梁进行技术状况评定首先应确定具体的评价指标和评价标度，形成调查问卷。然后通过匿名的方式发放至各位专家处征询意见，并将所有意见汇总整理，再将其作为参考资料提供给各位专家进行二次意见征询，得到[21]新的评价意见。如此反复多次，即可得到较满意的评价结果。它具有以下优点：①匿名性。由于整个意见征询过程中采用匿名调查形式，与传统会议讨论形式相比避开了各位专家社会、心理上的顾虑，其评价结果更加客观、更加真实。②反馈性。除首轮评价外，而后每轮评价各位专家均有全部评价资料作为参考，这可以有效地帮助专家发现自己未注意到的问题，消除专家团体对待评价桥梁的认识盲点，使最终评价结果更加全面。③收敛性。随着专家团体认识盲点的减少，专家意见将越来越趋于一致，具有良好的收敛性。专家评价方法虽然具有诸多优点，但是由于反复调查问卷导致研究周期比较长，且不适合运用于计算机系统计算，难于广泛推广。除此之外，灰色理论、BP神经网络等也在桥梁技术状况评定领域有一定程度的应用，但技术仍不成熟。1.3桥梁技术状况评定方法研究现状建成桥梁经过长期的运营，由于桥上荷载的长期作用和外界环境因素的影响，结构本身必定存在着一定的损伤或缺陷，而对现役桥梁承载能力和健康状态的准确评估是桥梁养护工作者面临的首要任务，而评定方法的合适与否决定着完成评估任务的质量和效率。5 重庆交通大学硕士毕业论文[22]桥梁技术状况评定方法种类繁多，属层次分析法应用最为广泛、最为成熟。多部规范中都可以看到层次分析法的身影，包括《公路桥涵养护规》JTGH11-2004、《公路桥梁技术状况评定标准》JTGTH21-2011及《城市桥梁养护技术规范》CJJ99-2003中评定方法均是基于层次分析法作出的。[21]李晓辉考虑到高寒地区桥梁环境因素的复杂性，对《公路桥涵养护规》中[23]的评定方法作出了适当修正，提出了更适合寒区桥梁的评定方法；宋永焕等人基于随机抽取的全国公路主干道桥梁样本，分别采用《公路桥涵养护规范》和《公路桥梁技术状况评定标准》的评定方法对样本桥梁进行了评定，对比分析了两种方法的特点，提出了一些建设性意见；相比层次分析法而言，其他评定方法在工程中也有应用。上个世纪90年代，[24]我国交通部科学研究院基于特尔斐专家评价法研制出公路桥梁管理系统（ChinaBridgeManagementSystem），该系统的研制成功对我国桥梁养护工作水平的提[24][25]高提供了强有力的工具，至今我国仍在沿用此系统；向木生等人以《公路桥涵养护规范》中规定的17个指标作为底层神经元建立了BP神经网络模型，根据收集的湖北省110座桥梁的检测评估资料对该神经网络模型进行训练，经过大量[26]的迭代计算，得到了满足工程精度的神经网络模型；兰海等人基于层次分析理论，将灰色理论特点与其结合起来，建立了桥梁健康状态的综合评价体系。传统的桥梁检测技术借助于简单的检测设备得到可以反映桥梁基本状态的数据，这些数据一般针对性较强，数据量较小。通过桥梁专业技术人员的处理分析，可以较容易的对桥梁的运营健康状态作出评估。但是对于桥梁健康监测系统而言，由于在桥梁结构上布置的大量传感器和长时间监测，将积累大量的监测信息数据。尽管健康监测获得的海量数据可以使工程技术人员更真实的了解桥梁结构的健康状态。但是，数据量的急剧增加势必提高健康状态评价的难度。如何充分发挥桥梁健康监测得到的海量数据的作用，对其进行处理分析并根据分析结果对桥梁的健康状况作出合理的评价，就变得十分困难。对健康监测海量数据的分析处理以及对结构损伤的诊断评估涉及土木工程、数学、信号处理、计算机科学等多个领域学科，具有高度的学科交叉特点，这必然决定了健康监测技术的发展需要大量的深入研究才能建立合理、有效的方法对桥梁的实际工作状态进行合理的评估。近年来，国内外学者在模糊数学、人工神经网络等相关理论基础上研究发展出多种基于桥梁健康监测的桥梁状况的评定方法。现阶段基于桥梁健康监测的桥梁技术状况评定方法主要由两大类：模型修正[27]法和动力指纹法。6 第一章绪论模型修正法主要是利用桥梁健康监测过程中直接或间接得到的监测参数，如模态、加速度、频响函数等，获得桥梁刚度变化的信息，实现结构的损伤辨别与[28][29]定位。梁鹏等人分析了7种基于桥梁健康监测的模型修正方法的特点；王邦[30]进采用基于灵敏度的模型修正技术对基于健康监测信息的有限元模型进行修正，建立了基于健康监测系统的基准有限元模型，并将此方法用于桥梁状态评价。动力指纹法是通过桥梁结构动力指纹，如频率、振型、振型曲率、应变模态、功率谱、MAC（ModalAssuranceCriteria/模态置信度准则）、COMAC（CoordinateMAC/坐标模态置信度准则）的变化来实现桥梁损伤的判别和定位。上述指纹中频率等指纹较容易测得，但是它对桥梁损伤的敏感度较低，局部损伤对桥梁整体刚度影响较小；振型、模态等指纹虽然对局部损伤相对敏感，但是准确测定待检桥梁的模态十分困难。MAC、COMAC作为综合性动力指纹，在桥梁健康监测领域应用[31]较为广泛。禹丹江分别以采用不同的动力指纹（频率、MAC等）对桥梁进行损伤[32]识别，对比了采用不同动力指纹的结果特点；吴春利基于应变模态理论，将微分进化算法应用与结构多位置的损伤识别研究。1.4主要研究内容本文依托项目为重庆市涪陵青草背长江大桥健康监测与评估系统，结合悬索桥构造特点，对基于桥梁健康监测的悬索桥技术状况评定方法进行研究。主要做了以下工作：①对青草背长江大桥健康监测实测样本数据进行统计分析，得到了青草背长江大桥主缆索力、吊杆拉力、主梁位移、主梁应变及索塔应变随时间变化规律，并尝试对监测数据中的温度效应进行剥离，着重对车辆荷载下各监测变量的响应进行分析。②通过对现有基于桥梁健康监测的技术状况评定方法研究分析，提出了面向对象的悬索桥技术状况评定方法，建立了青草背长江大桥对象系统。借鉴斜拉桥索力优化影响矩阵法，推导出了桥梁健康监测系统的影响方程，证明了各监测变量之间的内在联系。③提出了采用m维空间内的“超椭球”面作为桥梁健康监测系统的预警阀值，并据此建立了一种新的桥梁技术状况评定方法。④基于青草背长江大桥健康监测数据，分别采用本文提出方法和层次分析法对青草背长江大桥技术状况进行评定，分析了本文提出方法的优势。7 重庆交通大学硕士毕业论文第二章青草背长江大桥健康监测与评估系统2.1工程概况涪陵青草背长江大桥位于重庆市南川至涪陵的高速公路上，全桥长1719m，起始桩号为K48+657～K50+376，主桥是中跨为788m悬索桥，南、北边跨均为245m，且边跨无吊杆。桥梁总体布置图如图2-1所示。图2-1青草背长江大桥主桥总体布置图主缆共2根，中心间距为28.70m。采用预制平行钢丝股法（PPWS），每根主缆中含88股平行钢丝索股。加劲梁采用正交异性板流线型扁平钢箱梁。青草背长江大桥主桥加劲梁截面形式如图2-2所示。图2-2青草背长江大桥主桥加劲梁截面图2.2健康监测与评估系统实施方案桥梁健康监测与评估系统作为一个庞大的软件与硬件综合系统，要求该监测系统的核心任务是获得环境荷载以及结构的响应、局部损伤等信息。通过对青草背长江大桥结构特点、受力特性等因素综合分析，决定主要针对青草背长江大桥以下变量进行实时监测：8 第二章青草背长江大桥健康监测与评估系统①环境荷载（环境温湿度、风荷载）；②关键代表性构件的变形状况（桥塔变形、箱梁挠度）；③关键控制截面的应变及温度（箱梁、索塔）；④动力及振动特性监测（箱梁振动）；⑤主缆索力、吊杆内力；⑥加劲梁纵桥向位移。2.2.1硬件实施方案由于采用的传感器信号传输方式不同，青草背长江大桥健康监测系统的硬件系统由两个部分组成：光信号采集系统和数字信号采集系统。光信号采集系统包括加劲梁应变、索塔截面应变、主缆索力、伸缩缝变形及环境温度；数字信号采集系统包括索塔倾角、主梁加速度、主缆加速度及吊杆拉力。光信号采集系统和数字信号采集系统采集数据虽然通过不同的线路进行传输，但最终都汇总到工控机内进行处理、分析，实现数据交互与共享。①光信号采集系统实施方案图2-3光纤光栅传感器信号传递路径图光纤光栅传感器（FiberGratingSensor）属于光纤传感器的一种，它是通过外界物理参量对光纤布拉格（Bragg）波长的影响来实现对外界物理参量变化的反映。它具有抗电磁干扰、电绝缘性好、耐腐蚀、传输损耗小、容量大、测量范9 重庆交通大学硕士毕业论文围广等优点。考虑到光纤光栅传感器的诸多优势，在青草背长江大桥健康监测系统中主梁应变及温度、索塔应变及温度、主梁的纵向位移、主缆索力的监测均通过光纤光栅传感器实现。光纤光栅传感器信号传递路径图如图2-3所示。外界荷载作用下，桥梁原始的响应数据有布置在响应位置处的光纤光栅传感器采集并通过预先安置好的线路传递至位于桥梁现场的光开关，通过光开关实现对不同传感器信号的筛分与控制。而后，信号传输至光纤光栅解调仪进行初步处理，实现对外界环境噪音的过滤和信号的增益。初步处理后的信号在桥梁现场的工控机进行初步汇总分析，再写入位于监测中心的服务器数据库由于后期评估软件对数据的分析、统计和图形显示。②数字信号系统实施方案光纤光栅传感器作为一种新型的传感器形式凭借其优秀的性能近些年来得到的长足的发展，特别是在大跨径结构健康监测领域扮演着越来越重要的角色。但是由于技术限制，其应用仍局限在对结构温度、应变、位移、压力的监测上，对于结构加速度、吊杆振动等物理变量监测上的应用还不成熟，无法取代传统数字信号传感器。青草背长江大桥健康监测与评估系统中，结构的加速度、索塔变形、吊杆拉力等变量的监测仍采用传统的压电式传感器。数字信号传感器信号传递路径图如图2-4所示。图2-4数字信号传感器信号传递路径图10 第二章青草背长江大桥健康监测与评估系统数字信号采集系统底层仍由位于各监测点的传感器构成，实时采集的数据通过电缆首先传输至滤波器实现对外界噪音的过滤。而后，索力仪采集的信号通过信号处理器实现信号的初步处理与增益，其余信号通过采集仪有模拟信号转换为数字信号。最后，所有数据均汇总至位于桥梁现场的工控机，经初步分析处理后统一写位于监测中心服务器的数据库，用于后期的统计、分析和桥梁状态的评估。2.2.2软件实施方案桥梁健康监测系统对软件集成的要求较高，既要满足自动化数据采集、电子化巡检管理、结构预警及分析评估等数据处理的要求，又要同时满足领导、技术员、专家、系统管理员等不同用户角色的使用需求。青草背长江大桥系统是一个基于自动监测与人工巡检方式相结合的应用系统，根据采集设备物理分布，功能、非功能要求和系统应用的方式，整个软件系统划分如表2-5所示。整个软件系统根据功能划分为数据采集与传输子系统、电子化人工巡检管理软件子系统、桥梁安全评估软件子系统、用户界面软件子系统和数据管理软件子系统五个软件子系统。电子化人工巡检管理软件子系统：采用智能巡检终端形式，完成桥梁基本数据导入、巡检数据采集、数据管理及巡检养护等功能。巡检通过导入方式输入到中心数据库中，实现对桥梁巡检数据的平台化管理。数据采集与传输子系统：通过各种传感器、采集设备，完成桥梁实时监测数据采集、实时显示、远程传输及存储功能。为其它软件子系统提供桥梁实时监测数据源，满足数据处理、评估和预警的需要。桥梁安全评估软件子系统：采用健康监测的各种数据处理分析方法和模型，完成对桥梁的预警与安全评估等功能，评估报告采用离线报告与在线报告的形式输出评估报告。预警信息和评估报告保存在中心数据库，为用户提供评估报告的查询、下载及打印功能。用户界面软件子系统：采用C/S和B/S的混合架构，以图形、表格等多种方式向用户展现数据。该软件子系统监测数据的实时监控、历史数据查询统计及预警评估报告都能够业务。11 重庆交通大学硕士毕业论文电子化人工巡检管理子系统数据采集与传输软件子系统定期巡检数据实时监测数据巡检管理：数据采集与传输：▉系统管理▉数据管理▉数据采集▉参数配置▉巡检养护▉查询统计及报表▉实时显示▉数据存储▉报告管理▉数据处理▉远程传输数据管理软件子系统数据管理：中心数据库▉系统管理▉数据管理▉静态数据库▉报表打印▉备份/恢复▉动态数据库▉数据录入、维护、查询▉数据导入导出桥梁安全评估软件子系统桥梁安全隐患预警系统预警：安全评估：实时监测与预警：▉单指标预警▉定期在线评估▉实时监测▉数据查询与统计▉多指标预警▉即时在线评估▉实时预警▉安全评估报告▉预警管理▉离线综合评估▉运行状态▉系统支持管理▉预警方式▉评估报告图2-5青草背长江大桥健康监测与评估软件系统划分图数据管理软件子系统：是整个桥梁数据的管理平台，实现对桥梁静态数据和动态数据的管理，提供数据维护、查询及报表打印功能等。2.3健康监测系统传感器布置方案青草背长江大桥健康监测系统通过关注部件或位置布设大量的传感器来实现对全桥健康状态的实时监测。经统计全桥共布设传感器144个，具体信息见如表2.1所示。青草背长江大桥健康监测传感器总体布置图如图2-6所示。、12 第二章青草背长江大桥健康监测与评估系统表2.1青草背长江大桥健康监测传感器种类及数量汇总表序监测单数监测项目传感设备型号类别位量号表面式FRP封装光纤1应变结构应变CB-FBG-GFRP-W01个76光栅应变传感器原型光纤光栅温度2温度温度FBG-T-01个20传感器GPS测站X60个1结构空间变位3（主桥跨中挠度）GPS基站X60个14结构桥塔倾斜倾角传感器LCF-100-1个8响应5钢箱梁纵向位移位移计BGK-FGB-4450T-300个4监测6吊杆内力索力仪LC0166T个16BGK-FGB-4900T-2007主缆索股索力光纤光栅锚索计个608结构动力特性单向加速度传感器LSMP-2个12合计14413 重庆交通大学硕士毕业论文图2-6青草背长江大桥健康监测传感器总体布置图14 第二章青草背长江大桥健康监测与评估系统2.3.1加劲梁传感器布置青草背长江大桥主桥上主要布设有光纤光栅应变及温度传感器、GPS空间变位监测仪及光纤光栅位移计、加速度传感器。①光纤光栅应变及温度传感器。青草背长江大桥加劲梁应变及温度监测分别采用光纤光栅式应变及温度传感器，分别选取主跨1/8、1/4、3/8以及1/2截面（截面从北岸至南岸方向依次为北1、北2、北3、北4、北5、北6、北7截面）作为特征截面监测该桥主梁应变及温度情况。每个断面布置分别布置8个应变传感器，2个温度传感器，总计70个传感器。截面内传感器布置如图2-7所示，图中左侧为下游，右侧为上游；5、6号传感器在同一位置，8、9号传感器在同一位置；5、8号传感器为温度传感器，其余传感器为应变传感器。图2-7加劲梁截面传感器布置②GPS空间变位监测仪。青草背长江大桥共设置一组GPS空间变位监测仪，包含一个测点和一个基站，来监测主桥跨中的空间变位。其中测点基站布置在北岸上游锚碇上方，测点布置在主梁跨中中心位置，如图2-8所示。图2-8GPS空间变位监测仪测点布置位置图③光纤光栅位移计。青草背长江大桥共设置四个光纤光栅位移计用以监测箱梁的纵桥向变位，分别为北岸上游测点、北岸下游测点、南岸上游测点、南岸下游测点。传感器安装方式及测点具体布置位置如图2-9、2-10所示。15 重庆交通大学硕士毕业论文图2-9光纤光栅位移计安装方式图2-10青草背长江大桥位移计布置位置图④加速度传感器。为研究加劲梁在荷载作用下的动力响应，在主梁1/4、1/2截面上、下游处布设了六个加速度传感器进行实时监测。加速度传感器具体布置位置如图2-11所示。图2-11青草背长江大桥加速度传感器布置位置图2.3.2主缆传感器布置为实现对主缆索力变化及主缆动力特性的实时监测，在主缆上共布置有光纤光栅锚索计及加速度传感器。①光纤光栅锚索计。在南北岸上下游主缆索股锚碇处分别安置三个光纤光栅锚索计以实现对主缆索力的实时监测。每根主缆锚索计布置位置如图2-12所示，88根索股分别编号1-88，分别选取处于主缆上、中、下位置的1、35、77号索16 第二章青草背长江大桥健康监测与评估系统股作为监测索股，各安置一个光纤光栅锚索计。全桥共计安装光纤光栅锚索计12个。图2-12压力环传感器总体布置图②加速度传感器。相对于钢筋混凝桥梁而言，悬索桥为大型柔索型结构，非线性特征十分明显，在外部荷载作用变形较大，特别是在动力荷载（如风荷载）作用下其动力响应十分显著。此外，由于主缆作为悬索桥的重要部件承担结构的绝大部分荷载，其对结构本身的重要性不言而喻。因此，为了研究主缆在动力荷载作用下的响应情况，分别在上下游主缆跨中位置分别布设了竖向和横向两个加速度传感器，具体布置方式及布置位置如图2-13、2-14所示。图2-13青草背长江大桥主缆加速度传感器布置方式17 重庆交通大学硕士毕业论文图2-14青草背长江大桥主缆加速度传感器布置位置示意图2.3.3索塔传感器布置索塔上布置有光纤光栅温度及应变传感器、倾角仪、加速度传感器三种。①光纤光栅温度及应变传感器。在南岸上下游、北岸上下游索塔内分别布置有6个光纤光栅温度及应变传感器监测主塔根部应力变化。传感器具体布置位置如图2-15所示，其中1、3、4、5号传感器为应变传感器，2、6号传感器为温度传感器。图2-15青草背长江大桥索塔应变及温度布置位置示意图②倾角仪。悬索桥索塔塔顶偏移量是反映桥梁整体受力状况的重要指标之一。为实现对索塔塔顶偏移量的实时监测，分别在南塔、北塔沿高度方向各等间距布置四个倾角仪，通过倾角的测量换算成索塔的变形，倾角仪具体布置位置如图2-16所示。图2.16青草背长江大桥索塔倾角仪布置位置示意图③加速度传感器。与主梁和主缆类似，为监测索塔的动力响应在南岸索塔顶部分别布置加速度传感器，传感器测量方向为桥梁纵向，具体布置位置如图2-1718 第二章青草背长江大桥健康监测与评估系统所示。图2-17青草背长江大桥索塔加速度布置位置示意图2.3.4吊杆传感器布置吊杆上只布置有监测吊杆拉力的索力仪，分别选取索塔至跨中方向第1、4、7、10根吊杆作为代表性吊杆进行索力监测，共计16个吊杆拉力监测点，具体布置位置如图2-18所示。图2-18青草背长江大桥吊杆索力仪布置位置示意图2.4本章小结①介绍了本文依托工程青草背长江大桥的工程概况和结构的基本构造；②分别从硬件系统和软件系统两个方面介绍了青草背长江大桥健康监测与评估系统的实施方案，对方案的细部内容作了简单的介绍。③分类别对该系统中各类传感器的布置形式进行了介绍，并对传感器布置位置进行了详细的说明。19 重庆交通大学硕士毕业论文第三章青草背长江大桥健康监测结果分析为实现对青草背长江大桥长期的、实时的、全面的健康监测，全桥共布置了140多个各类传感器，并一直保持较高的数据采集频率。长期的、高频的监测必然产生巨大的数据量，要完全地对所有健康监测结果数据进行统计分析将占用大量的篇幅。此外，通过对监测数据变化规律的直观分析得知，一个月左右的数据量即能较好的反映出该桥各监测量随时间的变化趋势。鉴于此，本文选取了2014年10月1日至2014年10月31日间的实时监测数据作为样本数据进行分析，并作出如下说明：①简洁起见，本章内未做特别说明处各监测量均采用如表3.1所示单位。表3.1本章数据分析时采用单位应变塔顶偏移量cm主缆索力kN加劲梁跨中挠度cm吊杆拉力kN温度℃②受篇幅限制，本章未对所有监测点的数据进行分析，仅结合结构特点选取了典型数据进行分析，对其他监测数据仅在统计表格中给出了统计值。③测点编号及具体测点布置位置参见2.3节。3.1应变监测结果分析3.1.1加劲梁应变悬索桥作为一种典型的缆索承重结构，主缆-吊杆-索塔组成的缆索承重体系承担了绝大部分的荷载，而加劲梁主要作用即是形成车辆通行的平台。加劲梁上的应变传感器是在成桥后才开始布设，其监测值主要包含两部分AAvt其中，为桥上通行车辆引起的应变；v为温度作用引起的应变，包含整体升降温和梁截面温差作用。t通过对监测数据的直观分析可以知道，在加劲梁应变中，温度作用引起的应变占主要部分。以北1号截面顶板5、6号测点为例，其中6号测点为温度测点，一个月内顶板应变及温度随时间变化曲线如图3-1、3-2所示。20 第三章青草背长江大桥健康监测结果分析图3-1北1截面顶板应变随时间变化曲线图3-2北1截面顶板温度随时间变化曲线从上图可以看出，加劲梁应变的变化具有极强的温度相关性：温度越高，顶板应变越大；温度越低，应变越小。对各个截面内应变及温度时变曲线进行分析均能得到相似结论。然而，通过文献检索发现已有文献对温度-加劲梁应变关系作出过分析，故本文在此不再分析温度作用对加劲梁应力状态的影响，而侧重于车辆荷载对加劲梁应力状态的影响分析。然而，在应变监测结果中混杂着车辆荷载引起的加劲梁应变和体系温度变化引起的加劲梁应变，由于后者较难以确定，完全将二者剥离开来难度较大。为实现车辆作用影响的提取，本文做了如下尝试。容易发现，加劲梁应变随时间呈现周期性变化，与正弦曲线极为相似，只是正弦曲线是光滑连续的，而加劲梁应变时变曲线是带有“芒刺”的。若假设加劲梁应变时变曲线为正弦曲线，则原始数据曲线为ysin(t)t其中，t为监测时间。假设监测时间间隔为t，则t时刻下一监测时间点监测应变为ysin(tt)tt令yyysin(tt)sin(t)（3.1）ttt21 重庆交通大学硕士毕业论文则式（3.1）即为处理后的应变-时间曲线。当t/10,/50,/100,/200时yt关系曲线如图3-3所示。可以看出，时间轴划分的越细，yt曲线振幅越小，温度作用的影响去除的越彻底，当t无穷小时，温度作用的影响将从监测数据中完全剥离，余下的即是车辆荷载引起的应变随时间变化曲线。当t/200时，yt曲线峰值为0.0151，即温度效应影响残存率为1.51%。对于青草背长江大桥4健康监测系统，监测时间间隔为15min，监测曲线周期约为24h，则处理后的应变-时间曲线温度效应残存率为sin((2*3.14*15/(24*60))=6.53%。显然，采用此方法处理数据是完全可行的，它不仅可以有效地将温度影响从监测数居中剥离，还可以使危险数据点的识别更加容易，详细见后续具体分析。因此，后续应变分析时，均采用剥离温度影响后的应变-时间曲线。图3-3yt关系曲线由于在每个监测截面内共布设有10个光纤光栅应变及温度传感器，对所有测点数据都进行分析不太实际。且通过前期数据处理发现，顶、底板处各个传感器监测数据具有相似的变化规律。简洁起见，仅在顶、底板各选一监测点对其进行分析，其余各点数据仅在统计表格中给出统计值，特此说明。①北1号截面北1号截面顶板3号点及底板9号点应变随时间变化曲线如图3-4、3-5所示。可见，车辆荷载引起加劲梁顶板3号点应变在[-30,40]之间围绕零点上下波动，最大应力变化为39.47x2e5Mpa=7.89Mpa；车辆引起的加劲梁底板9号点应变在[-40,40]之间波动，最大应力变化为44.29x2e5Mpa=8.86Mpa。其余各监测点监测数据统计值如表3.2所示。22 第三章青草背长江大桥健康监测结果分析图3-4北1号截面顶板3号点应变随时间变化曲线图3-5北1号截面底板9号点应变随时间变化曲线表3.2北1号截面各监测点监测数据统计表格考虑温度影响剥离温度影响测点编号测点位置备注最大值最小值平均值最大值最小值1号271.7529.88152.1290.77-36.04顶板应变2号277.7661.36231.23189.56-80.79顶板应变3号239.9968.31144.6077.95-35.96顶板应变4号254.14-45.44109.91113.63-102.32顶板应变5号60.42-100.89-40.7339.47-32.64顶板应变6号36.8215.2422.58----------顶板温度℃7号194.09-120.8324.3467.33-27.90顶板应变8号30.6517.2421.07----------底板温度℃9号90.78-49.8337.1339.62-44.29底板应变10号102.77-52.8733.2835.65-41.33底板应变②北2号截面北2号截面顶板3号点及底板应变随时间变化曲线如图3-6、3-7所示。可见，与北1号截面类似，北2号截面加劲梁顶板3号点应变在[-30,66.92]范围内波动，最大应力变化为66.92x2e5Mpa=13.38Mpa。其余各监测点监测数据统计值如表3.3所示。23 重庆交通大学硕士毕业论文图3-6北2号截面顶板3号点应变随时间变化曲线图3-7北2号截面底板9号点应变随时间变化曲线表3.3北2号截面各监测点监测数据统计表格考虑温度影响剥离温度影响测点编号测点位置备注最大值最小值平均值最大值最小值1号267.0122.17107.2245.12-64.82顶板应变2号231.43-116.328.5841.09-40.62顶板应变3号361.70160.56280.0466.92-30.92顶板应变4号41.2213.8721.97----------顶板温度℃5号240.69-133.9813.73101.98-29.84顶板应变6号229.40-83.4641.5651.02-30.75顶板应变7号188.29-12.9277.4862.19-58.28底板应变8号30.3314.6620.73----------底板温度℃9号144.5548.0497.0880.0278.99底板应变10号224.1276.11114.8431.16-42.13底板应变③北3号截面北3号截面车辆荷载引起的顶板3号点及底板8号点应变随时间变化曲线如图3-8、3-9所示。北2号截面内顶底板应变变化规律与其他截面类似，车辆荷载引起的加劲梁顶板3号点最大应力变化为45.93x2e5Mpa=9.19Mpa；引起的底板24 第三章青草背长江大桥健康监测结果分析8号点最大应力变化为43.28x2e5Mpa=8.66Mpa。图3-8北3号截面顶板应变随时间变化曲线图3-9北3号截面底板应变随时间变化曲线表3.4北3号截面各监测点监测数据统计表格处理前数据处理后数据测点测点位置备注编号最大值最小值平均值最大值最小值1号19.52-330.95-174.8661.72-46.31顶板应变2号-8.33-145.75-94.4757.01-45.51顶板应变3号-34.28-177.05-115.0145.93-29.05顶板应变4号37.3725.6135.06----------顶板温度℃5号-139.30-219.05-163.6499.65-91.55顶板应变6号-148.00-345.67-244.8131.00-21.09顶板应变7号233.02-67.7817.9880.67-80.39底板应变8号264.6266.28133.0943.28-35.39底板应变9号33.1116.7522.46----------底板温度℃10号247.55-47.86148.0472.40-79.53底板应变④北4号截面北4号截面车辆荷载引起的顶板3号点及底板8号点应变随时间变化曲线如图3-10、3-11所示。北4号截面内顶底板应变变化规律与其他截面类似，车辆荷载引起的加劲梁顶板3号点最大应力变化为28.40x2e5Mpa=5.680Mpa；引起的25 重庆交通大学硕士毕业论文底板8号点最大应力变化为45.45x2e5Mpa=9.09Mpa。图3-10北4号截面顶板3号点应变随时间变化曲线图3-11北4号截面底板8号点应变随时间变化曲线表3.5北4号截面各监测点监测数据统计表格处理前数据处理后数据测点编号测点位置备注最大值最小值平均值最大值最小值1号260.64-89.3619.8581.25-25.34顶板应变2号331.29-114.08-17.8994.56-34.59顶板应变3号14.11-182.46-66.7528.40-32.91顶板应变4号41.0416.0424.35----------顶板温度℃5号169.63-336.85-140.3077.16-85.83顶板应变6号307.04-59.1851.2986.78-28.14顶板应变7号317.86134.04132.3262.28-38.57底板应变8号338.81116.90198.1445.45-30.75底板应变9号27.3914.3619.02----------底板温度℃10号337.8530.97127.3564.71-53.09底板应变⑤北5号截面北5号截面车辆荷载引起的顶板2号点及底板9号点应变随时间变化曲线如图3-12、3-13所示。北5号截面内顶底板应变变化规律与其他截面类似，车辆荷载引起的加劲梁顶板2号点最大应力变化为68.07x2e5Mpa=13.62Mpa；引起的26 第三章青草背长江大桥健康监测结果分析底板9号点最大应力变化为45.96x2e5Mpa=9.19Mpa。图3-12北5号截面顶板2号点应变随时间变化曲线图3-13北5号截面底板9号点应变随时间变化曲线表3.6北5号截面各监测点监测数据统计表格处理前数据处理后数据测点编号测点位置备注最大值最小值平均值最大值最小值1号405.1322.56205.57136.69-70.63顶板应变2号117.11-148.03-63.0656.10-55.91顶板应变3号34.1015.3022.15----------顶板温度℃4号148.29-127.81-50.5568.07-37.09顶板应变5号168.72-42.3223.9344.49-44.55顶板应变6号148.72-128.47-37.0077.44-84.12顶板应变7号-1.20-228.13-140.2177.46-40.70底板应变8号28.3414.2619.34----------底板温度℃9号184.1829.8670.9441.22-45.96底板应变10号132.154.3049.7550.28-51.54底板应变⑥北6号截面北6号截面车辆荷载引起的顶板3号点及底板8号点应变随时间变化曲线如图3-14、3-15所示。北6号截面内顶底板应变变化规律与其他截面类似，车辆荷载引起的加劲梁顶板3号点最大应力变化为24.62x2e5Mpa=4.92Mpa；引起的底27 重庆交通大学硕士毕业论文板8号点最大应力变化为39.11x2e5Mpa=7.82Mpa。图3-14北6号截面顶板3号点应变随时间变化曲线图3-15北6号截面底板8号点应变随时间变化曲线表3.7北6号截面各监测点监测数据统计表格处理前数据处理后数据测点编号测点位置备注最大值最小值平均值最大值最小值1号246.28-121.002.4993.41-37.29顶板应变2号317.64-175.39-12.43129.31-55.70顶板应变3号13.86-121.19-58.7422.09-24.62顶板应变4号33.4915.1421.67----------顶板温度℃5号70.72-226.59-109.8863.35-31.60顶板应变6号303.60-13.0988.2382.17-33.33顶板应变7号246.6049.70114.1446.82-58.67底板应变8号105.6320.7949.4234.22-39.11底板应变9号26.2013.7118.16----------底板温度℃10号148.53-88.45-1.5671.93-72.42底板应变⑦北7号截面北7号截面车辆荷载引起的顶板4号点及底板8号点应变随时间变化曲线如图3-16、3-17所示。北7号截面内顶底板应变变化规律与其他截面类似，车辆荷载引起的加劲梁顶板4号点最大应力变化为45.87x2e5Mpa=9.174Mpa；引起的28 第三章青草背长江大桥健康监测结果分析底板8号点最大应力变化为35.35x2e5Mpa=7.07Mpa。图3-16北7号截面顶板4号点应变随时间变化曲线图3-17北7号截面底板8号点应变随时间变化曲线表3.8北7号截面各监测点监测数据统计表格处理前数据处理后数据测点编号测点位置备注最大值最小值平均值最大值最小值1号363.01-82.8840.4748.56-35.37顶板应变2号302.76-124.8471.98105.51-101.15顶板应变3号32.5415.0021.30----------顶板温度℃4号196.78-25.9450.5345.87-39.20顶板应变5号183.62-89.73-0.6492.40-26.12顶板应变6号260.45-97.58-2.8558.09-36.75顶板应变7号54.68-82.96-40.2535.85-40.93底板应变8号98.01-33.982.7435.35-35.25底板应变9号28.0214.0918.98----------底板温度℃10号297.1965.53134.8052.18-60.01底板应变29 重庆交通大学硕士毕业论文3.1.2索塔应变索塔变形主要由索塔两侧索力水平分量差值引起，并主要以桥梁纵向平面内变形为主，其他平面内变形占次要部分。并在每个塔柱截面6个测点中选取1号点、3号点进行分析，其余各点监测数据仅在统计表中给出统计值。此外，参考加劲梁应变处理方法，采用剥离温度影响后应变进行分析。①北塔上游塔柱应变北塔上游塔柱截面1号点、3号点应变随时间变化曲线如图3-18、3-19所示。从图中可以看出，剥离温度影响后，塔截面应变在[-20,20]范围内波动。监测期间内所有监测点最大应变为146.01x3.45e4Mpa=5.04Mpa。图3-18北塔上游塔柱截面1号点应变随时间变化曲线图3-19北塔上游塔柱截面3号点应变随时间变化曲线表3.9北岸上游塔柱截面各监测点监测数据统计表格处理前数据处理后数据测点编号备注最大值最小值平均值最大值最小值1号99.51-71.8510.4416.00-13.23应变2号25.8917.3920.67----------温度℃3号141.9661.9495.9217.48-13.76应变30 第三章青草背长江大桥健康监测结果分析4号146.014.8868.8020.98-32.62应变5号50.85-34.6012.9619.00-20.81应变6号26.7816.9120.74----------温度℃②北塔下游塔柱应变北塔下游塔柱截面1号点、3号点应变随时间变化曲线如图3-20、3-21所示。从图中可以看出，剥离温度影响后，塔截面应变在[-15,15]范围内波动。监测期间内所有监测点最大应变为176.61x3.45e4Mpa=6.09Mpa。图3-20北塔下游塔柱截面1号点应变随时间变化曲线图3-21北塔下游塔柱截面3号点应变随时间变化曲线表3.10北岸下游塔柱截面各监测点监测数据统计表格处理前数据处理后数据测点编号备注最大值最小值平均值最大值最小值1号176.6156.1093.9810.60-13.39应变2号25.4817.2821.12----------温度℃3号137.7942.27165.9128.64-12.71应变4号134.18-38.2787.3685.79-72.90应变5号89.02-62.5639.5773.53-81.82应变6号27.4216.2619.89----------温度℃③南塔上游塔柱应变南塔上游塔柱截面1号点、3号点应变随时间变化曲线如图3-22、3-23所示。31 重庆交通大学硕士毕业论文从图中可以看出，剥离温度影响后，塔截面应变在[-20,20]范围内波动。监测期间内所有监测点最大应变为196.50x3.45e4Mpa=6.77Mpa。图3-22南塔上游塔柱截面1号点应变随时间变化曲线图3-23南塔上游塔柱截面3号点应变随时间变化曲线表3.11南岸上游塔柱截面各监测点监测数据统计表格处理前数据处理后数据测点编号备注最大值最小值平均值最大值最小值1号-74.33-196.50-116.1734.10-36.10应变2号26.4718.1720.37----------温度℃3号-60.35-196.88-117.9523.07-24.82应变4号30.47-49.54-9.0720.35-33.64应变5号153.724.2687.4981.70-58.26应变6号27.4817.1521.76----------温度℃④南塔下游塔柱应变南塔下游塔柱截面1号点、3号点应变随时间变化曲线如图3-24、3-25所示。从图中可以看出，剥离温度影响后，塔截面应变在[-20,20]范围内波动。监测期间内所有监测点最大应变为179.24x3.45e4Mpa=6.18Mpa。32 第三章青草背长江大桥健康监测结果分析图3-24南塔下游塔柱截面1号点应变随时间变化曲线图3-25南塔下游塔柱截面3号点应变随时间变化曲线表3.23南岸下游塔柱截面各监测点监测数据统计表格处理前数据处理后数据测点编号备注最大值最小值平均值最大值最小值1号82.866.1650.4613.25-11.02应变2号25.9216.8620.91----------温度℃3号106.00-20.9054.7019.56-13.80应变4号179.2433.62102.0219.56-13.80应变5号141.84-14.1946.3020.78-16.97应变6号25.4216.5420.17----------温度℃3.2空间变位监测结果分析布置在跨中中部的GPS监测仪可以监测主梁竖向、横向、纵向变位，但是由于主梁竖向变位占主要部分，所以本文只对主梁竖向变位进行分析。并采用与应变类似的处理方法将温度效应从监测结果中剥离，得到包含温度效应的挠度-时间33 重庆交通大学硕士毕业论文变化曲线及剥离温度影响的挠度-变化曲线如图3-26、3-27所示。图3-26包含温度效应的挠度-时间变化曲线图3-27剥离温度效应的挠度-时间变化曲线显然，剥离温度效应后跨中挠度-时间变化曲线变成一条在零值附近振荡的曲线，绝大部分幅值在10cm以内，且主要由车辆荷载产生，个别数据点达到了30cm以上。经分析，可能是由于超载车辆经过导致桥梁变形突然增大。受此启发，可以根据跨中挠度的变化规律对跨中挠度值进行统计设定一个限值，当挠度较小时可以认为是正常车辆通过引起的。相反，当跨中挠度达到或超过某一限值时，认为桥上有超载车辆通过。这对桥上超载车辆限值工作有一定的积极意义。3.3吊杆拉力监测结果分析3.3.1北岸吊杆①上游吊杆1-4号吊杆监测点分别对应上游北岸至跨中第1、4、7、10根吊杆。各吊杆拉力随时间变化曲线如图3-27~3-30所示。其中，1号吊杆（靠近索塔）拉力变化最为频繁，对外界因素的响应最为积极，4号吊杆则相反，表现为吊杆拉力随时间变化曲线较为稀疏。北岸上游各吊杆拉力监测数据统计分析表如表3.24所示。可34 第三章青草背长江大桥健康监测结果分析以看出，越是靠近跨中的吊杆拉力变化幅值越大，4号吊杆最大索力增幅为606.02kN。图3-271号吊杆拉力随时间变化曲线图3-282号吊杆拉力随时间变化曲线图3-293号吊杆拉力随时间变化曲线图3-304号吊杆拉力随时间变化曲线35 重庆交通大学硕士毕业论文表3.24北岸上游吊杆拉力监测数据统计表格监测数据（kN）测点编号最大值最小值平均值最大值-平均值平均值-最小值1号837.10472.26652.72364.84180.462号1008.18606.44754.08401.75147.643号1015.03520.79741.04494.24220.254号1131.02525.00789.57606.02264.57②下游吊杆5-8号吊杆监测点分别对应下游北岸至跨中第1、4、7、10根吊杆。各吊杆拉力随时间变化曲线如图3-31~3-34所示。由于结构对称，各监测点索力变化及分布情况与北岸上游各吊杆相似。北岸上游各吊杆拉力监测数据统计分析表如表3.25所示。可以看出，靠近索塔的1号吊杆索力变化幅度最小为401.22kN，4号吊杆最大索力增幅最大为596.35kN，与北岸上游吊杆拉力变化情况相似。图3-315号吊杆拉力随时间变化曲线图3-326号吊杆拉力随时间变化曲线36 第三章青草背长江大桥健康监测结果分析图3-337号吊杆拉力随时间变化曲线图3-348号吊杆拉力随时间变化曲线表3.25北岸下游吊杆拉力监测数据统计表格监测数据（kN）测点编号最大值最小值平均值最大值-平均值平均值-最小值5号938.16536.95730.49401.22193.546号958.49553.87716.43404.62162.567号1029.00572.84808.87456.16236.048号1139.15542.80814.91596.35272.113.3.2南岸吊杆①上游吊杆南岸上游各吊杆拉力随时间变化曲线分别如图3-35~3-38所示。与北岸各吊杆相比，受外界因素影响较小。靠近索塔的9号吊杆最大拉力变化仅为178.03kN，变化幅值仅为北岸同类吊杆的50%左右，但靠近跨中的吊杆拉力变化情况则与北岸吊杆拉力变化情况相差无几，12号吊杆拉力最大增幅为614.02kN，如表3.26所示。37 重庆交通大学硕士毕业论文图3-359号吊杆拉力随时间变化曲线图3-3610号吊杆拉力随时间变化曲线图3-3711号吊杆拉力随时间变化曲线图3-3812号吊杆拉力随时间变化曲线38 第三章青草背长江大桥健康监测结果分析表3.26南岸上游吊杆拉力监测数据统计表格监测数据（kN）测点编号最大值最小值平均值最大值-平均值平均值-最小值9号724.49546.46624.66178.0378.2010号1008.18625.36745.21382.83119.8511号1005.53603.99728.10401.54124.1112号1129.21515.20819.41614.02304.21②下游吊杆南岸下游各吊杆拉力随时间变化曲线如图3-39~3-42所示，其变化规律与南岸上游各吊杆相似。各索力统计分析结果表3.27所示。图3-3913号吊杆拉力随时间变化曲线图3-4014号吊杆拉力随时间变化曲线图3-4115号吊杆拉力随时间变化曲线39 重庆交通大学硕士毕业论文图3-4216号吊杆拉力随时间变化曲线表3.27南岸下游吊杆拉力监测数据统计表格监测数据（kN）测点编号最大值最小值平均值最大值-平均值平均值-最小值9号793.78660.52740.95133.2680.4310号779.70622.99715.82156.7192.8311号1040.22659.07828.37381.14169.3012号1130.10525.41830.61604.69305.203.4主缆索力监测结果分析青草背长江大桥主缆截面有88根索股组成，从所有索股中选取3根索股安装光纤光栅锚索计对主缆股索力进行监测。简要起见，本文只选取索力变化明显的监测点数据进行分析，其他监测点在表中列出统计值。3.4.1上游主缆索力青草背长江大桥上游主缆1号索股温度效应剥离前后监测数据时变曲线如图3-43、3-44所示。可以看出，同应变及空间变位数据一样，主缆索股拉力同样表现出明显的温度相关性。采用前文方法对温度效应剥离后可以清晰的看出，温度荷载外其他因素对主缆单股索力的影响范围在30kN范围以内，监测时间段内并无异常危险数据点出现，监测结果正常。青草背长江大桥上游主缆索股力监测数据统计表格如表3.28所示。40 第三章青草背长江大桥健康监测结果分析表3-43包含温变效应的上游1号索股监测数据时变曲线表3-44剥离温变效应的上游1号索股监测数据时变曲线表3.28上游主缆索股力监测数据统计表格监测数据（kN）测点编号最大值最小值平均值最大值-平均值平均值-最小值1号1702.381572.661621.7280.6649.062号1703.111527.151623.1879.9396.033号1695.611534.091618.4377.1884.343.4.2下游主缆索力青草背长江大桥下游主缆1号索股温度效应剥离前后监测数据时变曲线如图3-45、3-46所示。与上游主缆索力类似，温度荷载外其他因素对主缆单股索力的影响范围在30kN范围左右。青草背长江大桥上游主缆索股力监测数据统计表格如表3.29所示。41 重庆交通大学硕士毕业论文表3-45包含温变效应的下游1号索股监测数据时变曲线表3-46剥离温变效应的下游1号索股监测数据时变曲线表3.29下游主缆索股力监测数据统计表格监测数据（kN）测点编号最大值最小值平均值最大值-平均值平均值-最小值1号1703.311528.021605.1298.1977.102号1711.271523.191600.91110.3677.723号1708.231533.331598.43109.8065.103.5主梁纵向变位监测结果分析青草背长江大桥主缆纵向变位1号监测点温度效应剥离前后监测数据时变曲线如图3-48、3-49所示。可以看出，监测期间内主梁最大纵向位移为242.12mm。实际上，监测值是相对于传感器标定时的位移值作出的，仅能反映该时刻内位移相对于标定值得变化，不具有实际的物理意义。从图3-49可以看出，在11月8日、27日主梁位移出现两次峰值，峰值位移为12mm左右，推测为桥上重车通过或制动等非温度因素引起。特别说明，监测期间内4号位移测点传感器损坏，数据略去，不作分析。42 第三章青草背长江大桥健康监测结果分析表3-47包含温度效应主梁纵向位移1号测点监测数据统计表格表3-48剥离温度效应主梁纵向位移1号测点监测数据统计表格表3.30主梁纵向位移监测数据统计表格监测数据（kN）测点编号最大值最小值平均值最大值-平均值平均值-最小值1号242.12166.23204.1138.0137.882号228.17182.9200.9827.1918.083号47.2212.1326.8720.3514.744号--------------------3.6塔顶偏移量监测结果分析索塔偏移量主要由两侧主缆拉力的不均衡水平分量产生，是衡量悬索桥技术状况的重要指标之一。南、北塔塔顶偏移量随时间变化曲线如图3-49、3-50所示，可以看出两塔塔顶偏移量基本稳定在6cm以内，各图中以向跨中方向偏移量为正，反之为负。43 重庆交通大学硕士毕业论文图3.49南塔索塔塔顶偏移量随时间变化曲线图3.50北塔索塔塔顶偏移量随时间变化曲线3.7本章小结本章中主要进行了以下工作：①提出一种采用监测数据时变曲线相邻数据点坐标作差的方法，实现了健康监测数据中温度效应的剥离，并通过基本数学原理及实测结果证明了本文提出方法的正确性及适用性。②通过提出的数据处理方法，对温度相关的监测变量实时监测数据进行处理，剥离了温度效应的影响，着重对车辆荷载引起的各监测变量变化进行了统计，分析了其随时间的变化规律。44 第四章悬索桥技术状况评定方法第四章悬索桥技术状况评定方法4.1面向对象思想的提出在桥梁技术状况评定方法中，层次分析法应用最为广泛，许多基于桥梁健康监测的桥梁健康状态评定方法中都可以看到其身影。按照层次分析法基本原理，对于悬索桥首先根据基本组成部件分解成多个子因素，两两比较确定各因素之间的相对权重（若有需要，可以继续对子因素进行二次分解），而后根据各部件的具体损伤程度，先对部件的技术状况进行评定，再综合各部件评定结果实现对全桥技术状况的评定。为保证在因素相对权重确定过程中的权威性，通常采用专家问卷的方式进行确定。这种思想简单、清晰，应用广泛。但是这种方法仍存在着一些局限性：虽然在因素分解过程中是以桥梁基本组成部件展开的，保证了该方法的客观性，但是在权重确定过程中引入了专家这一主观因素，增强了整个评价体系的主观不确定性。自身知识水平的限制、对待评定桥梁情况了解不透彻等原因都可能影响到专家对权重结果的确定，甚至不同时间对同一专家的询问结果都可能会出现差异。显然，从人这一主观体的角度来评价桥梁这一客观体的健康状态有所不妥。桥梁健康监测的最终目的是实现桥梁管养人员对桥梁健康状态的了解。通俗的讲，桥梁管养人员与桥梁的关系可以看做是医生与病人的关系。中医讲究“望、闻、问、切”四诊的方式来了解病情，再结合病人的实际反应实现病症的辩证确定。然而，现有的桥梁技术状况评定方法各侧重于对目标桥梁的“望、闻、切”，忽略了桥梁本身对于自身缺陷的“感知”能力。通常一位优秀中医的气色要好于常人就是因为当他身体有不舒服时，由于自己丰富的从医经验可以更准确的对病症定性、定位。我们所在的世界是一个客观的世界，我们理应站在客观的角度辩证的看待问题。面向对象的程序设计被认为是软件工程中客观地看待问题方法的典型代表[33]。面向对象思想作为一种程序设计思想在计算机科学领域起着举足轻重的作用，它的出现极大的推进了计算机软件科学的发展。与传统的面向过程的思想不同，面向对象思想主张尽可能采用人类的自然思维方式，直接以现实世界中的具体事物为中心客观地来思考、认识、解决问题，并根据这些事物的本身特点，将其抽象地表示为系统中的对象，作为整个系统的基本构成单位。面向对象思想可以清45 重庆交通大学硕士毕业论文晰地反映整个系统的组成，完整的保持系统事物及其相互作用关系的原貌。面向对象思想示意图，如图4-1所示。...图4-1面向对象思想示意图对于系统中的对象通常认为具有固有属性和行为属性两种。固有属性即是对象本身具有的，不受外界因素影响而改变的基本属性，如一个杯子，它可以是塑料制成的也可以是玻璃制成的，但不管是塑料还是玻璃其本质都不随外界因素变化而改变；行为属性即是对象对外界所体现的行为特征，如杯子可以装水，也可以装牛奶、橙汁，它反映的是对象与外界间的作用关系，就像是对象对外界打开的一扇门，依靠它可以实现对象与外界间的信息交换，如图4-2所示。图4-2对象基本特征图对于悬索桥而言自然也可以将其视为一个对象系统，包含主缆、索塔、加劲梁、吊杆等多个对象组成，每个对象均具有固有属性和行为属性。以主缆为例，主缆长度、截面刚度等为其固有属性，主缆索力、主缆与索塔、吊杆交接点坐标为其行为属性，假定外界因素仅对行为属性有影响，具体如图4-3、图4-4所示。但是对于健康监测系统本身来说，主要通过对悬索桥构件（对象）的应力、变位、拉力等因素进行监测来反映悬索桥整体的健康状态，因此我们主要关注的是悬索桥系统各个对象行为属性的变化情况，对对象固有属性不予关注。46 第四章悬索桥技术状况评定方法图4-3悬索桥对象系统示意图图4-4悬索桥对象系统关键坐标点示意图这样一来，悬索桥的对象系统建立了起来。在系统建立的过程中，并未涉及到各对象间相对权重的概念，或者说该方法认为组成对象系统的各对象间是等权重的。仍以图4-3所示悬索桥对象系统为例，认为主缆、索塔、加劲梁、吊杆各个对象对桥梁整体而言是同等重要的，应力、内力、位移等个行为属性对对象而言亦是同等重要，每个对象的损伤或监测数据异常都值得关注。4.2健康监测系统的影响矩阵思想上一节中阐述了基于桥梁健康监测的悬索桥对象系统建立过程，但是对象间的信息交换模式或作用关系尚未明确，需要作出进一步研究。4.2.1影响矩阵方法的引出影响矩阵法是现阶段斜拉桥索力优化行之有效的方法之一，它可以清晰的反映出不同拉索之间的工作关系，使整个索力调整过程更加简单、高效[34]。47 重庆交通大学硕士毕业论文图4-5斜拉桥索力优化模型以图4-5所示斜拉桥模型为例。假设结构满足线性叠加原理，①-④号拉索的目标索力分别为T1-T4，则目标索力向量T{T}{T,T,T,T}1234假设①号拉索产生单位变化各拉索索力变化向量为T{C}{C,C,C,C}111121314同理，②③④号拉索产生单位变化各拉索索力变化向量为T{C}{C,C,C,C}221222324T{C}{C,C,C,C}331323334T{C}{C,C,C,C}441424344表示为矩阵形式为C11C12C13C14CCCCCC;C;C;C212223241234CCCC31323334CCCC41424344上式中C代表当i号拉索产生单位变化引起j号拉索索力产生的变化。ij假设各拉索分别需产生X1、X2、X3、X4的变化才能使各根拉索索力达到目标索力，即施调向量{X}为XX;X;X;X1234各拉索初始索力向量{T0}TT;T;T;T01234则有TCXT00由此可见，对斜拉桥而言单根索力发生变化对全桥索力均会产生影响，即各拉索工作具有协调性或者说各拉索是耦合在一起对全桥受力、变形产生影响的。48 第四章悬索桥技术状况评定方法在该方法中，每根拉索的角色是相同的，产生相同变化时对全桥索力分布这一总体的影响相同。鉴于此，并结合悬索桥对象系统的特点，本文将方法应用到悬索桥健康监测系统中以描述各监测对象间的作用关系。4.2.2悬索桥健康监测系统影响矩阵的建立悬索桥健康监测系统通常同时对索塔偏移、主缆索力、吊杆拉力、主梁挠度等多个变量同时进行实时监测。实际上，各个监测变量间存在着与斜拉桥拉索之间相似的耦合工作关系：某个监测变量发生变化对其余各监测变量均会产生一定的影响。如假定悬索桥某根吊杆由于长期工作或密封性不良导致该吊杆拉力发生变化，势必会引起全桥各个吊杆拉力的重新分布，引起主缆线性的变化。而主缆线性的变化会引起主缆索力、索塔偏移量、加劲梁线形的变化，等等。这主要是因为健康监测系统的监测本体——悬索桥本身就是一个由多个对象构成的整体，各对象间必然存在一套相互作用关系。现有的桥梁技术状况评定理论侧重关注桥梁的部件或局部在外界因素作用下的变化，却忽略了各个部件或局部间的相互联系和协同工作特性。受斜拉桥索力优化影响矩阵法的启发，本文构建了悬索桥健康监测系统的影响矩阵，并推导出了影响方程。现以图4-6所示悬索桥健康监测系统模型为例，说明悬索桥监测系统各监测变量间的协调工作关系及影响方程的推导过程。图4-6悬索桥健康监测系统模型如图4-6所示，该悬索桥模型仍由主缆、加劲梁、吊杆、索塔四个对象组成，①-⑧为模型中的各关键点空间，坐标可以用(xn,yn,zn),n1,2,...8表示。主缆的空间位置可以由①-⑤五个关键点坐标确定；吊杆空间位置可以由③、⑦关键点坐标确定；加劲梁空间位置可以由⑥⑦⑧三个关键点确定；索塔空间位置可以由②⑥、④⑧确定。根据悬索桥对象系统，主缆行为属性，即值得关注的参数包括：主缆索力+关键点坐标5x3=16个参数同理，对于吊杆有：吊杆拉力+关键点坐标2x3=7个参数对于加劲梁有：49 重庆交通大学硕士毕业论文跨中上、下缘应力+关键点坐标3x3=11个参数对于主塔有：关键点坐标4x3=12个参数即，只要上述16+7+11+12=46各参数确定，任意时刻的被监测桥梁的健康状态就近似确定。对于工程实际中桥梁，参数总量将十分巨大，可以采用大数m代替，则当m→∞时，桥梁任意时刻状态就可以完全被确定。这m个参数并不是孤立的存在于系统当中，而是相互耦合在一起的，某个参数受外界因素影响而产生的变化势必会引起其他参数的变化，这种变化或大或小，但是客观存在，不可以忽略的。这里假设m个参数对整个系统影响能力相同，则它们之间的作用关系可以采用与斜拉桥索力优化的类似影响方程确定。如下所示：T0CXT（4.1）其中，T0为健康监测系统各参数组成的初始状态向量，为m1阶向量；X为任意时刻外界因素对各参数产生的影响向量，为m1阶向量；T为任意时刻健康监测系统各参数的实时状态向量，为m1阶向量；C为健康监测系统各参数的影响矩阵，为mm阶方阵。影响矩阵[C]代表桥梁整体的基本属性。在实际工程中，由于数据量过于庞大，影响矩阵[C]本身是难以确定的，即便是采用有限元法进行模拟计算也无法准确得到。可见，以现有的技术水平完全确定影响矩阵[C]是十分困难的，工程实际中类似无法给出确定答案的问题还有很多。比如，在电子前方设置一块开有两个小孔的平板，板的后面是一堵墙，科学家们只能解释出电子的初始位置在哪里，最终在墙上形成怎样的光斑或衍射条纹，但是却无法知道电子究竟是通过哪一个小孔做到这一点的。为了解释电子这种运动路径的不确定性，著名量子物理学家惠勒曾用那幅著名的“龙图”来描述它：龙的头和尾巴都是确定的清晰的，但它的身体却是一团迷雾，没有人可以说清。如式（4-1）所示影响方程同样可以看做是一条类似的龙，龙头（初始状态）可以通过传感器初始标定确定，龙尾（实时状态）可以通过传感器实时监测确定，至于如何从龙头至龙尾（影响矩阵）的暂时不作关注。但是其内必然存在一套运作规律，完成龙头至龙尾的过渡，只是难以确定罢了。诚然，在桥上布置足够多的传感器，则必然能趋近准确地描述桥梁的健康状态。但对于健康监测系统而言这是极其不经济的。实际工程中，可以通过在所有参数中筛选出最值得关注的参数进行监测，降低矩阵方程的阶数。50 第四章悬索桥技术状况评定方法4.3健康监测系统阀值计算方法4.3.1单项监测参数阀值计算方法桥梁的长期健康监测与评估系统的本身特点决定其可以实现对桥梁实时的、连续的监测，当桥梁结构出现安全隐患或者监测参数出现明显的数据异常时，通过对监测数据的整体分析，对桥梁的整体健康状态进行评估，并发出合理的预警信号提醒桥梁养护单位及时采取相关措施保证桥梁的运营安全。桥梁健康监测系统预警模块的主要工作就是确定各监测变量的预警阀值。由于监测桥梁力学特性的差异，监测变量预警阀值的设定方法主要有：影响线加载法和荷载组合法。①影响线加载法。该方法要求首先确定当单位荷载在主梁上移动时各监测变量的影响线，再采用最不利加载方式对主梁进行加载：参照规范要求对同号影响线区域满布均布荷载，在同号影响线峰值处加载同号集中荷载，确定监测变量阀值下限；而后在对负影响线区进行类似加载，确定监测变量阀值上限，从而确定桥梁结构的承载能力限值，某变量如图4-7、4-8所示。对于采用多级预警模式的健康监测系统，可将影响线加载方法确定的阀值乘以相应地经验系数，实现多级预警阀值的设定。Pq图4-7确定阀值下限加载方法Pq图4-8确定阀值上限加载方法然而这种方法存在着一定的局限性。对主梁的影响线加载只考虑了车辆的竖向荷载对监测变量的影响，对于温度荷载等引起监测变量的非线性变化难以通过影响线加载的方式体现，因此该方法对温度变化影响较大、非线性较明显的桥梁适用性较差。②荷载组合法。根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD6-2004）中关于荷载51 重庆交通大学硕士毕业论文组合相关规定，综合考虑了结构自重、车辆荷载、温度荷载、人群荷载对各监测变量的影响。对于多级预警模式的健康监测系统，可以分别根据不同荷载组合下监测桥梁各监测变量的包络图确定各级预警阀值。对于一级预警阀值可以由作用长期效应组合计算得到：mnSldSGik2jSQjki1j1其中，S为作用长期效应组合值；ld为第j个可变效应的准永久值系数；2jS为第j个可变效应的准永久值；2jQjkS为第i个永久作用标准值。Gik对于二级预警阀值可以由作用短期效应组合计算得到：mnSsdSGik1jSQjki1j1其中，S为作用短期效应组合值；sd为第j个可变效应的频遇值系数；1jS为第j个可变效应的频遇值。1jQjk对于三级预警阀值可以由承载能力状态基本效应组合计算得到：mnS(SSS)0ud0GiGikQ1Q1kcQjQjki1j2其中，为结构重要性系数，可由规范查得；0Sud为承载能力极限状态下作用基本组合的效应组合设计值；为第i个永久作用的分项系数；GiSGik、SGid为第i个永久作用的标准值和设计值；为汽车荷载效应的分项系数；Q1S、S为汽车荷载效应的标准值和设计值；Q1kQ1dc为除汽车荷载效应外的其他可变作用效应组合系数；S为除汽车荷载效应外的其他可变作用标准值。Qjk或者采用承载能力极限状态的基本组合计算出桥梁结构的极限阀值，再根据经验乘以适当的折减系数来确定。当然，通过上述两种方法计算预警阀值都存在一定的误差，可以采取一段时间的实测数据进行分析，再结合技术人员的工程经验，可以对预警阀值进行进一步修正。52 第四章悬索桥技术状况评定方法4.3.2协调阀值方程的建立根据健康监测系统的影响方程，可以认为当监测桥梁满足TTCXT（4.2）0其中T代表监测向量的阀值下限；T代表监测向量的阀值上限；其余符号意义同上现阶段较普遍的桥梁健康监测阀值的设定方法，一般仅针对单个监测变量（监测向量T中的每个元素）进行，每个变量均有自己独立的预警阀值，彼此之间不存在联系。即认为当某个监测变量的实时监测值超过其预警阀值时，监测系统即发出预警。这种阀值设定方法思路清晰简单，工程上更容易实现，在桥梁健康监测领域被广泛应用。但是由于这种方法是先针对单个监测变量确定阀值，再将各个阀值统一起来形成整个健康监测的阀值系统，但归根结底它无法反应出各个监测变量之间的相互影响，这一点是十分不符合工程实际的。另外，这种阀值系统对结构缺陷的敏感度也是不够的。比如说，由于某种原因悬索桥吊杆产生结构性缺陷且这种缺陷不足以引起该吊杆拉力达到预警阀值，但却引起了附近吊杆拉力的增大，结构虽然出现了缺陷，但是健康监测系统却无法发映出这种缺陷并作出预警。这种情况下，传统监测阀值设定方法的缺点暴露无遗。以两个监测变量组成的监测系统为例，假设监测变量x，y的预警阀值分别为[limx-,limx+]和[limy-,limy+]，则健康监测系统的预警阀值可以由图4-9所示矩形阴影区域表示。其阀值方程可表示为limxxlimxlimyylimy.limy+limx-limx+xOlimy-图4-9传统健康监测系统的阀值模型当监测数据点落在阴影区域内时，即认为结构处于健康状态；当数据点落在53 重庆交通大学硕士毕业论文阴影区外，则认为结构出现缺陷，系统则发布预警。然而对于图中所示的红色数据点，结构已经出现问题，但是监测系统并不会发布预警。但实际上较多的监测变量同时趋近于预警阀值的情况对于桥梁健康监测的管理人员而言是十分值得关注的。考虑到监测变量间协调工作的关系，本文尝试了采用矩形阀值区域内切超椭圆（super-ellipse）也称为拉梅曲线（Lamécurve）来作为健康监测系统的阀值。拉梅曲线可用如下表示：nnxy1ab其中，n称为拉梅曲线的阶数；a、b均为正数，称为半直径。当n=2时，曲线退化为椭圆；n<2时，曲线称为次椭圆，如图4-10所示；当n>2时，曲线称为超椭圆，形状类似带有圆角的矩形，具体如图4-11所示。图4-10不同阶数的次椭圆曲线仍以两个监测变量组成的监测系统为例，其阀值范围如图4-11所示。该阀值范围可由如下方程表示nn(xx)(yy)1（4.3）nnrrxy上式中x，y分别代表监测系统的监测变量；x，y分别代表监测系统的监测阀值中值，可按下式计算limxlimxx2limylimyy2rx，ry分别代表超椭圆的各半直径54 第四章悬索桥技术状况评定方法limxlimxrx2limylimyry2.limy+limx-limx+yOlimy-图4-11超椭圆形阀值模型可以看出采用超椭圆阀值模型后，削去了传统矩形阀值模型的尖角，即增强了对危险数据点敏感度。此外，由式（4.3）可以看出，该阀值方程包含了不同监测变量间的耦合关系的，使整个阀值范围的设定更符合工程实际情况。现推广至m个监测变量的健康监测系统中，假设实际工程中某桥梁具有m个监测变量T1-Tm，则其健康监测系统的监测向量可表示为TT,T,...T12m抽象地说，桥梁任一时刻的状态看作是m维向量空间内的一数据点，不同时刻的数据点在监测中值附近波动，并应该被某一范围所包含，这一范围即为具有m个监测变量桥梁健康监测系统的预警阀值。将二维超椭圆形阀值方程推广到m维空间里，有nnn(T)(T)TT()TT1122...1m（4.4）nnnrrr12m其中T（i=1,2,…）为监测变量阀值中值，可按下式计算ilimTlimTiiTi2r（i=1,2,…）为椭球方程各半直径，可按下式计算ilimTlimTiiri255 重庆交通大学硕士毕业论文m个监测变量桥梁健康监测系统的阀值范围为m维空间内的“超椭球”，当监测数据点落在“椭球”内部时，认为桥梁处于健康状态；反之，则认为桥梁存在缺陷。对于多级预警的健康监测系统，不同级别的预警阀值为一组大小不一的同心“超椭球”。通过对“超椭球”形阀值方程的观察可知，其具有以下性质：①协调性。与传统的阀值方程不同，“椭球”形阀值方程的建立考虑了不同监测变量之间的相互影响，其原理更符合工程实际。②概率性。从式（4-4）可以看出，公式左边每一项分别代表某一监测变量接近预警阀值的概率p的n次方，令1TTiipiTi常理可知，监测变量的实测值通常围绕标定值在阀值区间内上下波动，且越接近标定值，实测数据点出现的概率越高；越接近预警阀值，数据点出现的概率越低，如图4-12所示。若认为，监测值刚好与标定值相同的概率为0，与预警阀值相同的概率为1，则式（4-4）为所有监测变量数据概率的四次方的和，且认为当该值小于1时，桥梁处于健康状态，反之则不然。即nnnnppp...p1123m图4-12监测数据围绕阀值中值在阀值范围内波动③数据敏感性。采用“超椭球”形阀值方程时，削去了传统阀值方程的尖角，使整个预警边界更加平滑，并且提高了健康监测系统对数据的敏感性，对桥梁养护工作者的意义不言而喻。4.4面向对象的桥梁技术状况评定方法《公路桥涵养护规范》JTGH11-2004中关于桥梁技术状况评定的规定：根据缺损程度、缺损对结构使用功能的影响程度和缺损发展变化情况对构件进行评定，评定结果有一类（1）、二类（2）、三类（3）、四类（4）及五类（5），再依照56 第四章悬索桥技术状况评定方法下式对全桥技术状况进行技术状况评定：nDr100RiWi/5i1其中，Ri为桥梁各部件的评定标度；Wi为各部件权重；Dr为全桥技术状况评分。最终评定结果按表4.1划分。表4.1评定结果分类界限技术状况得分分类描述Dr>88一类完好、良好88>Dr>60二类较好60>Dr>40三类较差Dr<40四类、五类差的、危险前文提到，n个监测变量的健康监测系统阀值可以通过下式确定：nnn(T)(T)TT()TT1122...1m（4-5）nnnrrr12m当结构处于完全健康状态时，上式左侧各项和值为0；当左侧和值为1时，认为结构达到承载能力极限。为使表达更直观，可以将式（4-5）进行变换，并转换为百分制表达形式，则桥梁技术状况百分制评分nnn(T)(T)TT()TTD100[1...]1122m（4-6）rnnnrrr12m或表示为mn()TTD100100ii（4-7）rni1ri其中，D为桥梁技术状况百分制得分；其余参数意义同上。r参照表4.1设定该方法的评定界限划分如表4.2所示。表4.2面向对象评定方法评定结果分类界限技术状况得分分类描述100>Dr>60一类健康状态57 重庆交通大学硕士毕业论文60>Dr>40二类较差状态Dr<40三类危险状态4.5面向对象评价方法的局限性金无足赤，人无完人。每一种基于桥梁健康监测的桥梁技术状况评定方法都有各自的不足和局限，面向对象的桥梁技术状况评定方法也是一样。前面提到，影响矩阵是整个被监测桥梁的基本属性，而由于矩阵阶数过于庞大，工程实际中难以准确测得，或即便是可以接近准确测得，其经济投入也会难以承受。本文提到的“超椭圆”方程实际上就是对这种现状的屈服，如图4.13所示。在该方法中，假定各监测参数内部运作规律满足图示“超椭圆”方程，但实际上除了四个象限点（红点）是真实准确的，其他的曲线部分都是近似的。这些曲线可以是椭圆线、圆、双曲线、抛物线…，可以是任意一条曲线。图4-13三种边界对比图另外，本文认为各监测变量是在健康监测系统权重是相同的。如果某一监测变量的变化对全桥影响较大或者因为某些原因需要对某一监测变量进行关注，亦可以通过拉梅曲线来实现。一般情况下的拉梅曲线方程为：mnxy1m，n>0abm，n为各变量的阶数，可以是大于0的任意实数，各监测变量之间的不等权重设置可以通过调整m，n的值来实现。由于本文作者自身知识水平限制，未对此进行更加深入的讨论。但是应该可以以已有的监测数据为基础对这一边界进行修正，一切未知，但是值得讨论。58 第四章悬索桥技术状况评定方法4.6本章小结①指出了层次分析法用于桥梁技术状况评定所面临的问题，提出了用面向对象思想去分析桥梁健康监测所遇到的问题。②建立了基于桥梁健康监测的悬索桥对象系统，并根据斜拉桥索力优化法推导了悬索桥健康监测的影响方程，分析了各监测变量（参数）之间的关系。③提出了采用m维空间内的“超椭球”面作为阀值范围的设定方法，并对阀值方程的基本性质作出了分析。④参照现行《公路桥涵养护规范》，提出了面向对象的桥梁技术状况评定方法，并指出了该方法目前所面临的局限性。59 重庆交通大学硕士毕业论文第五章工程应用5.1青草背长江大桥健康监测系统阀值计算健康监测系统各监测变量阀值的确定不仅关系到预警系统的正常工作，而且直接决定着后期桥梁健康状态的评估结果。青草背长江大桥健康监测与评估系统预警阀值采用荷载组合法计算确定。首先，采用MIDAS/CIVIL对青草背长江大桥进行有限元分析，计算模型如图5-1所示。图5-1青草背长江大桥有限元计算模型青草背长江大桥健康监测系统采用三级预警方式，各级预警阀值分别于作用长期效应组合、作用短期效应组合、承载能力极限状态基本效应组合计算得到的各变量的最大值和最小值。对于面向对象技术状况评定方法的“超椭球”型阀值模型来说，三个系统预警阀值边界为三个形状相似、近似同心的“超椭球”，而整桥健康状态评估是基于承载能力极限状态作出的，故本文中只给出了青草背长江大桥在承载能力极限状态基本效应组合下计算得到的各监测变量阀值，并据此实现对青草背长江大桥技术状况的评定。青草背长江大桥健康监测系统各监测变量的阀值分别如表5-1~5-4所示。表5.1青草背长江大桥健康监测系统主梁应变阀值（）截面北1#截面北2#截面北3#截面北4#截面位置上缘下缘上缘下缘上缘下缘上缘下缘上限611715.7584.7619.3551.4654.5-514639.2下限-611-715.7-584.7-619.3-551.4-654.5-514-639.2截面北5#截面北6#截面北7#截面位置上缘下缘上缘下缘上缘下缘60 第五章工程应用上限559645586672.6617.1712.6下限-559-645-586-672.6-617.1-712.6表5.2青草背长江大桥健康监测系统索塔应变阀值（）位置南岸上游南岸下游北岸上游北岸下游上限384384384384下限-390-390-390-390表5.3青草背长江大桥健康监测系统吊杆拉力阀值（）南岸北岸位置1号4号7号10号1号4号7号10号上限11551157.041157.9251159.511551156.8751157.881159.8下限385385.68385.975386.5385385.625385.96386.6表5.4青草背长江大桥健康监测系统其余监测变量阀值监测变量上限值下限值主梁跨中挠度cm122.4-157.6加劲梁纵向位移mm630-630塔顶偏移量cm39.34-39.34主缆索力kN13601920根据第三章所述的各监测变量的实测值和本节计算得到的预警阀值，便可实现技术状况的评定。5.2青草背长江大桥技术状况评定5.2.1层次分析法评定结果青草背长江大桥健康监测评估系统采用层次分析法建立。整个层次体系共分为三个层次，第一层分为索力、应力、位移三个部分；第二层又根据具体监测变量分为主梁、索塔、主缆吊杆几个部分；第三层次则是根据传感器具体布置位置对第二层次进行详细划分，具体如图5-2所示。61 重庆交通大学硕士毕业论文竖向位移跨中挠度南岸上游主梁北岸上游纵向位移南岸下游位移北岸下游北岸主塔桥塔倾斜南岸1#截面青草2#截面背3#截面长江主梁4#截面大桥5#截面状6#截面态评应力7#截面估南塔上游南塔下游主塔北塔上游北塔下游北岸上游1、2、3号点主缆北岸下游1、2、3号点索力南岸上游1、4、7、10南岸下游1、4、7、10吊杆北岸上游1、4、7、10北岸下游1、4、7、10图5-2青草背长江大桥健康监测系统层次体系该健康监测系统中采用固定权重的分配方法：首先采用专家问询的方式确定首层各指标权重，再采用群体决策方法确定首层指标权重，然后根据层次体系和结构特点确定第二、三层层次各指标的权重，青草背长江大桥健康监测系统权重分配表如表5.5所示。表5.5青草背长江大桥健康监测系统权重分配表层次一级二级三级跨中挠度0.76主梁位移指标0.6位移指标纵向位移0.240.46南塔塔偏0.5主塔位移指标0.4北塔塔偏0.51.0北1#截面0.152应力指标北2#截面0.142主梁应力指标0.550.21北3#截面0.139北4#截面0.13662 第五章工程应用北5#截面0.137北6#截面0.143北7#截面0.151南岸上游截面0.249南岸下游截面0.249主塔应力指标0.45北岸上游截面0.251北岸下游截面0.251北岸上游0.5主缆索力指标0.67北岸下游0.5索力指标南岸上游0.250.33南岸下游0.25吊杆索力指标0.33北岸上游0.25北岸下游0.25依据层次分析法基本原理，首先对底层各指标一一评分，再根据各自的权重汇总得到上一层指标的评分，同理类推，即可实现全桥最终的技术状况评定。通过对2014年10月1日至2014年10月31日的实时监测数据统计分析，最后得到青草背长江大桥的技术状况评定结果如表5.6所示。表5.6基于层次分析法青草背长江大桥的技术状况评定结果技术状况评分一级二级三级Dr跨中挠度(88.0)位移指标主梁位移指标(88.8)纵向位移(91.4)(93.3)主塔位移指标(97.0)桥塔倾斜(97.0)1#截面(87.7)2#截面(59.0)3#截面(73.6)主梁应力指标(82.1)4#截面(92.0)5#截面(94.4)应力指标6#截面(96.5)(88.0)7#截面(72.5)(91.9)南岸上游截面(91.8)南岸下游截面(97.1)主塔应力指标(95.1)北岸上游截面(97.7)北岸下游截面(93.9)北岸上游(96.0)主缆索力指标(96.0)北岸下游(88.0)索力指标南岸上游(78.9)(92.5)南岸下游(88.4)吊杆索力指标(85.3)北岸上游(84.1)北岸下游(90.0)63 重庆交通大学硕士毕业论文5.2.2面向对象方法评定结果与层次分析法不同，采用面向对象方法对桥梁进行评定时无须考虑各个监测变量的权重问题。只需计算“超椭球”的中心坐标、半直径长就可以确定阀值边界，再将实测数据代入式（4-5）得到最终的全桥技术状况评分。基于面向对象方法的青草背长江大桥技术状况评定结果如表5.7所示，表中实测值为2014年10月1日至10月31日月均值，各监测变量单位见表3.1。表5.7基于面向对象方法的青草背长江大桥技术状况评定结果评定过程实测值下限上限中值半直径概率p1号点152-61161106110.00192号点231-61161106110.01263号点145-61161106110.0015北14号点110-61161106110.0004截5号点-41-61161106110.0000面7号点24-61161106110.00009号点37-71671607160.000010号点33-71671607160.00001号点107-58558505850.00052号点9-58558505850.00003号点280-58558505850.0364主北梁25号点14-58558505850.0000应截6号点42-58558505850.0000变面7号点77-61961906190.00019号点97-61961906190.000210号点115-61961906190.00051号点-175-55155105510.00572号点-94-55155105510.00043号点-115-55155105510.0009北35号点-164-55155105510.0042截6号点-245-55155105510.0259面7号点18-65565506550.00008号点133-65565506550.000810号点148-65565506550.001264 第五章工程应用1号点20-51451405140.00002号点-18-51451405140.00003号点-67-51451405140.0001北45号点-140-51451405140.0029截6号点51-51451405140.0000面7号点132-63963906390.00088号点198-63963906390.005110号点127-63963906390.00071号点206-55955905590.01112号点-63-55955905590.00014号点-51-55955905590.0000北55号点24-55955905590.0000截6号点-37-55955905590.0000面7号点-140-64564506450.00109号点71-64564506450.000010号点50-64564506450.00001号点2-58658605860.00002号点-12-58658605860.00003号点-59-58658605860.0000北65号点-110-58658605860.0005截6号点88-58658605860.0002面7号点114-67367306730.00038号点49-67367306730.000010号点-2-67367306730.00001号点40-61761706170.00002号点72-61761706170.00014号点51-61761706170.0000北75号点-1-61761706170.0000截6号点-3-61761706170.0000面7号点-40-71371307130.00008号点3-71371307130.000010号点135-71371307130.0006索南1号点-116-390384-33870.004065 重庆交通大学硕士毕业论文塔岸3号点-118-390384-33870.0042应上4号点-9-390384-33870.0000变游5号点87-390384-33870.00141号点50-390384-33870.0001南岸3号点55-390384-33870.0002下4号点102-390384-33870.0028游5号点46-390384-33870.00011号点10-390384-33870.0000北岸3号点96-390384-33870.0022上4号点69-390384-33870.0005游5号点13-390384-33870.00001号点94-390384-33870.0020北岸3号点166-390384-33870.0240下4号点87-390384-33870.0014游5号点40-390384-33870.00001号点65338511557703850.0048北岸2号点75438611577713860.0000上3号点74138611587723860.0000游4号点79038711607733870.00005号点73038511557703850.0000北岸6号点71638611577713860.0002下7号点80938611587723860.0000吊游杆8号点81538711607733870.0000拉9号点62538511557703850.0125南力岸10号点74538611577713860.0000上11号点72838611587723860.0001游12号点81938711607733870.000113号点74138511557703850.0000南岸14号点71638611577713860.0002下15号点82838611587723860.0002游16号点83138711607733870.0002主北1号点1621.7213601920280-0.070.0000缆岸2号点1623.1813601920280-0.060.000066 第五章工程应用索上3号点1618.4313601920280-0.080.0000力游北1号点1605.1213601920280-0.120.0001岸2号点1600.9113601920280-0.140.0001下游3号点1598.4313601920280-0.150.0002南岸上游204.11-6306306300.320.0063伸南岸下游200.98-6306306300.320.0058缩北岸上游26.87-6306306300.040.0000缝北岸下游------------------------------塔南塔6-3939390.150.0002偏北塔4-3939390.110.0001挠跨中测点30-1581221400.340.0080度Dr80.0983表注：“----”代表该组数据存在异常，不参与评定。5.3评定结果对比分析采用不同的评测方法青草背长江大桥技术状况评定结果有所差别：采用层次分析法得出的最终评分Dr=91.9分，而采用本文方法得到的最终评分Dr=81.10。可见，由于削去了传统阀值区的尖角，本文方法的评定结果要偏保守。另外，为验证本文提出评测方法对危险数据点（多个监测变量同时趋近于阀值，但均未达到阀值）的敏感性，假设：由于某种原因导致南岸上游10号吊杆拉力从745kN减少至445kN，接近该吊杆力下限值（386kN），10号吊杆的松弛引起附近9号、11号吊杆力分别增大至775kN、878kN，桥梁技术状况得分从80.10降至35.18，评分降低了55.96%，该方法对数据的敏感性较好。但是对于层次分析法而言，南岸上游四根吊杆在所有吊杆中的权重为0.25，即便是四根吊杆全部出现问题，也仅仅在最底层次损失0.25的权重，而这种损失随着一层一层的统计计算汇总至最终的评分Dr时，其影响微乎其微。假设南岸上游吊杆全部损坏，则有①第三层次索力指标评分为00.2588.40.2584.10.25900.2565.625第三层其余指标评分不变。②第二层索力指标评分67 重庆交通大学硕士毕业论文65.6250.33960.6785.976第二层其余指标评分不变。③桥梁技术状况评分Dr85.9760.33880.2193.30.4690.314与未损伤时相比评分仅降低了(91.990.31)/91.9100%1.73%由此可见，层次分析法用于桥梁技术状况评定时，对危险数据的敏感度不够高。最后，需要指出的是：本文采用n=4.5时的拉梅曲线作为阀值方程，并应用到桥梁技术状况评定中。事实上，最后的评定结果是随着拉梅曲线的阶数变化而变化的。基于本章数据得到的青草背长江大桥技术状况评分Dr随拉梅曲线阶数n变化曲线如图5-3所示。阶数n越大，最终的评定得分就会越高。图5.3技术状况评分Dr随拉梅曲线阶数n变化曲线而事实上，阶数n代表了评定方法对危险数据点的容忍度：n越大，容忍度越大，最终的评分则越高；n越小，容忍度越小，最终的评分则较低。形象的表示出来就是矩形边界削去尖角的大小，不同阶数拉梅曲线如图5-4所示。68 第五章工程应用图5-4不同阶数拉梅曲线实际工程中，可根据监测桥梁的构造特点和桥梁养护工作人员的具体要求，针对性的确定合适的阶数。据此，本文作者选取n=4.5的“超椭球”面作为阀值边界，并对青草背长江大桥进行技术评定。5.4本章小结本章主要进行了以下工作：①运用MIDAS/CIVIL对青草背长江大桥建模计算分析，采用荷载组合法得到了健康监测系统各监测变量的预警阀值。②分别采用层次分析法和本文中方法对青草背长江大桥技术状况进行评定，并对二者的评定结果进行了对比分析。69 重庆交通大学硕士毕业论文第六章结论与展望6.1本文主要结论本文依托项目为重庆市涪陵青草背长江大桥健康监测与评估系统，结合悬索桥构造特点，对基于桥梁健康监测的悬索桥技术状况评定方法进行研究。主要做了以下工作：①对青草背长江大桥健康监测实测样本数据进行统计分析，得到了青草背长江大桥主缆索力、吊杆拉力、主梁位移、主梁应变及索塔应变随时间变化规律，并尝试对监测数据中的温度效应进行剥离，着重对车辆荷载下各监测变量的响应进行分析。②通过对现有基于桥梁健康监测的技术状况评定方法研究分析，提出了面向对象的悬索桥技术状况评定方法，建立了青草背长江大桥对象系统。借鉴斜拉桥索力优化影响矩阵法，推导出了桥梁健康监测系统的影响方程，说明了各监测变量之间的内在联系。③提出了采用m维空间内的“超椭球”面作为桥梁健康监测系统的预警阀值，并据此建立了一种新的桥梁技术状况评定方法。④基于青草背长江大桥健康监测数据，分别采用本文提出方法和层次分析法对青草背长江大桥技术状况进行评定，分析了本文提出方法的优势。6.2展望本文针对基于桥梁健康监测的悬索桥技术状况评定方法做了一些研究，提出了面向对象的悬索桥技术状况评定方法，并据此对青草背长江大桥技术状况进行了评定，结果较为理想。然而，金无足赤，人无完人。但凡新技术、新方法的产生必然要经历工程实践，在工程中不停的被验证、被否定、被修改，如此反复才能实现在工程中的广泛应用。由于本文作者能力有限，本文提出的悬索桥技术状况评定方法尚有诸多不足之处：①理论上，健康监测系统各变量的影响矩阵可以真实的反映出监测变量间的耦合工作关系。由于能力限制，本文采取了高阶的拉梅曲线来描述各监测变量之间的作用关系。若能确定影响矩阵或者通过对上述曲线的修正来近似描述各监测变量间的协调作用关系，其工程意义不言而喻。70 第六章结论与展望②本文中，引入了面向对象解决问题的思想，认为桥梁各部件、各监测变量间是等权重的，并基于此展开讨论的。未对不等权重或变权重情况进行深入讨论，事实上，这可以通过拉梅曲线的推广形式进行修正来实现。③本文中采用n=4.5的“超椭球”方程对青草背长江大桥的技术状况进行评定，尚有诸多值得商榷之处。71 重庆交通大学硕士毕业论文致谢三年的时间又匆匆过去了，算上大学四年的时间，我与重庆交通大学走过了整整七年时间。闭上眼睛，那人那事仿佛近在眼前。时至今日只想说句：别了，重庆交通大学；别了，我的青春岁月。借此机会，首先应该感谢张永水教授对我的辅导与关爱。没有您的启发和指导，我的论文必当空虚无物；没有您的关心，我的研究生生活也不会这么灿烂。在此，向您深深的鞠上一躬，老师，您辛苦了。其次，感谢信息与工程学院王家伟教授在项目上的指导和在论文成稿过程中监测数据处理中的相关帮助，您也辛苦了。最后，感谢我的同门，研究生期间能有你们的陪伴，我倍感荣幸。别了，我的青春岁月。72 参考文献参考文献[1]申雁鹏.乌江二桥健康监测状态评估系统研究[D].重庆交通大学,2010.[2]侯攀.自锚式悬索桥健康监测系统监测信息处理与状态评估研究[D].长沙理工大学,2012.[3]郭飞.连续刚构桥高墩健康监测的测点优化研究[D].长安大学,2004.[4]徐宏.大跨径悬索桥梁健康监测研究[D].长安大学,2005.[5]SumitoroS,MatsuiY,KonoM,etal.LongspanbridgehealthmonitoringsysteminJapan[C]//6thAnnualInternationalSymposiumonNDEforHealthMonitoringandDiagnostics.InternationalSocietyforOpticsandPhotonics,2001:517-524.[6]KoJM,NiYQ.Technologydevelopmentsinstructuralhealthmonitoringoflarge-scalebridges[J].Engineeringstructures,2005,27(12):1715-1725.[7]WongK,LauCK,FlintAR.Planningandimplementationofthestructuralhealthmonitoringsystemforcable-supportedbridgesinHongKong[C]//SPIE"s5thAnnualInternationalSymposiumonNondestructiveEvaluationandHealthMonitoringofAgingInfrastructure.InternationalSocietyforOpticsandPhotonics,2000:266-275.[8]晏致涛,李正良,祁仁俊.大跨度拱桥气动弹性模型设计[J].重庆大学学报（自然科学版）,2006,29(12):84-87.[9]KammerDC.Sensorplacementforon-orbitmodalidentificationandcorrelationoflargespacestructures[J].JournalofGuidance,Control,andDynamics,1991,14(2):251-259.[10]YangD,YouliangD,AiqunL.Structuralconditionassessmentoflong-spansuspensionbridgesusinglong-termmonitoringdata[J].EarthquakeEngineeringandEngineeringVibration,2010,9(1):123-131.[11]OuJP,LiH.Thestate-of-the-artandpracticeofstructuralhealthmonitoringforcivilinfrastructuresinthemainlandofChina[C]//ProceedingsoftheSecondInternationalConferenceonStructuralHealthMonitoringandIntelligentInfrastructure,Shenzhen,China.2005:16-18.[12]AktanE,ChaseS,InmanD,etal.Monitoringandmanagingthehealthofinfrastructuresystems[C]//Proc.SPIE.2001,4337.[13]邵永军,张宏.公路桥梁技术状况评定方法研究[C].//全国既有桥梁加固、改造与评价学术会议.2008.[14]仓智.《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/TH21—2011）解读[J].山西交通科技,2012,(5):34-36.[15]郑建交.《公路桥梁技术状况评定标准》（JTGTH21-2011）与04版桥涵养护规范的差73 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