大跨径预应力混凝土连续刚构桥健康监测 评估系统研究.doc
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1、分类号 U446 单位代码 10618 密 级 学 号 106270329 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 论文题目: 大跨径预应力混凝土连续刚构桥健康监测 评估系统研究 Research on Health Monitoring and Assessment System of Long Span Prestressed Concrete Continuous Rigid-Frame Bridge 研究生姓名:石鹏程 导师姓名、职称: 顾安邦 教授 张雪松 副教授 申请学位门类: 工学 专 业 名 称: 结构工程 论文答辩日期: 2009 年 3 月 29 日 学位授予单位: 重 庆 交
2、 通 大 学 答辩委员会主席: 钟明全 评阅人: 钟明全 向中富 2009 年 3 月 重重庆庆交交通通大大学学学学位位论论文文原原创创性性声声明明 本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所 取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确 方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名: 日期: 年 月 日 重重庆庆交交通通大大学学学学位位论论文文版版权权使使用用授授权权书书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,
3、同意学校保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权重 庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本人 学位论文收录到中国学位论文全文数据库,并进行信息服务(包括但不限于汇编、 复制、发行、信息网络传播等),同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 学位论文作者签名: 指导教师签名: 日期: 年 月 日 日期: 年 月 日 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊(光盘版)电子杂志社 CNKI 系列数据 库中全文发布,并按中国优秀博硕士学位论文全文数据
4、库出版章程规定享受相关权 益。 学位论文作者签名: 指导教师签名: 日期: 年 月 日 日期: 年 月 日 摘 要 随着国民经济的发展和桥梁设计理论的不断完善,桥梁建设跨径不断增大, 结构更加复杂,造型日益美观,但潜在隐患也随之加大。因此,对大型桥梁的监 测和评估工作显得尤为必要和紧迫。目前,对大型桥梁健康监测和评估的研究还 处于试验阶段,如何在经济和技术允许的条件下,合理评价大型桥梁的服役状态, 是一项迫切而意义重大的课题。 本文以大跨径预应力混凝土连续刚构桥健康监测评估系统为研究重点,以渝 澳大桥轻轨桥主桥为工程背景,参考已建的桥梁监测系统,研究一套经济实用的 大跨径预应力混凝土连续刚构桥
5、评估系统软件。主要内容为: 在借鉴当前国内外桥梁健康监测以及评估理论的基础上,用变权原理的层 次分析法建立了大跨径预应力混凝土连续刚构桥健康监测评估指标体系和多层次 递阶关系模型,提出了大桥服役状态的综合评估方法,并给出了各层次指标的权 重。 对裂缝、固有模态特征频率的评估进行了分析,得到了相应的评估标准。 介绍了大跨径预应力混凝土连续刚构桥健康监测评估参数的选择原则、测 试方法,提出了合理的测点布设方案,实现了桥梁的在线评估。 研究了底层指标权重的计算方法,找到了一种脱离人为主观因素相对稳定 构造应力和挠度测点权重判断矩阵的方法。 以 C+语言编制算法程序,采用 VisualC+.NET 为
6、服务器端开发平台,以. net FrameWork2.0 为客户端框架,运用 SQLServer2005 数据库,初步开发了大跨 径预应力混凝土连续刚构桥综合评估系统软件,为同类型桥梁评估软件的开发提 供了参考和依据。 关键词:连续刚构桥;指标权重;层次分析;状态评估;软件开发 ABSTRACT With the development of national economy and the unceasing consummation of bridge design theory,the bridge construction span increases unceasingly,the
7、structure is more complex and the modeling is artistic day by day, but the latent danger is also increasing along with it. Therefore, the work of monitoring and the assessing large bridge is especially necessary and urgent. At present, health research is also at the testing stage to monitor and asse
8、ss the large bridge. Under the economical and technical permissions condition, how to reasonably assess service condition of large-scale bridge is a urgent and significance significant topic. This article takes health monitoring and assessment system of long span prestressed concrete continuous rigi
9、d-frame bridge as a research key. It takes the main bridge of Yuao light rail as the project background, referencing constructed bridge monitoring system, studying a set of economical practical software system on long span prestressed concrete continuous rigid-frame bridge .The primary content is as
10、 follows. Referenced current domestic and foreign bridge health monitoring as well as the appraisal theory, the long span prestressed concrete continuous rigid-frame bridge indicator system and the multi-level hierarchical relational models by analytic hierarchy process under variable weights princi
11、ple are established, also the comprehensive assessment method of bridge service condition is proposed, and various levels indicator weights are given too. The assessment of crack and inherent modality eigen frequency is carried on the analysis,and the corresponding appraisal standard is obtained. Th
12、e health monitoring appraisal parameter selection principle and the test method of long span prestressed concrete continuous rigid-frame bridge are introduced, and the reasonable layout scheme of measuring points is proposed, also the bridge online appraisal is realized. The first floor indicator we
13、ights computational method is studied, and a relative stable method to build stress and the judgment matrix of deflection measured points weights which has been separated from artificial subjective factor is found. According to algorithmic program By C+ language, using VisualC+.NET as the developmen
14、t platform of server end, taking .net FrameWork2.0 as the customer end frame, also using SQLServer2005 database, the long span prestressed concrete continuous rigid-frame bridge comprehensive assessment system software initially is developed, which provids the reference and the basis for developing
15、assessment software of the same type bridge. KEY WORDS: continuous rigid frame bridge; indicator weight; analytic hierarchy process; condition assessment; software development 目 录 第一章第一章 绪绪 论论.1 1.1 研究背景1 1.2 桥梁健康监测评估的概念和意义2 1.3 桥梁健康监测评估的内容和过程3 1.4 桥梁健康监测评估系统的研究现状4 1.4.1 桥梁健康监测研究现状.4 1.4.2 桥梁评估方法研究现
16、状.5 1.4.3 桥梁评估系统的开发现状.8 1.5 存在的问题10 1.6 本文主要研究内容10 第二章第二章 基于层次分析法及变权原理的大跨径预应力混凝土连续刚构基于层次分析法及变权原理的大跨径预应力混凝土连续刚构 桥状态评估方法桥状态评估方法 .12 2.1 层次分析法12 2.1.1 层次分析法的思路及特点.12 2.1.2 层次分析法的基本步骤.13 2.2 层次分析法的群组判断18 2.2.1 群组判断中相似性的计算.19 2.2.2 群组判断中差异性的计算.20 2.2.3 群判断中可信度的计算.20 2.2.4 群判断中可信度的计算示例.20 2.3 大跨径连续刚构桥服役状态
17、评估模型23 2.3.1 概述.23 2.3.2 工作状态评估模型.24 2.3.3 状态评估的中间层次结构模型.28 2.3.4 桥梁固有模态特征频率的评定.30 2.4 专家知识调查及指标权重的确定31 2.5 底层评估指标的确定35 2.5.1 评估指标的无量纲化.36 2.5.2 底层评估指标评语的确定.37 2.5.3 非均匀变化系数的确定.43 2.6 基于层次分析法的变权综合评估体系的建立44 2.6.1 变权综合评估.44 2.6.2 均衡函数中参数的确定.45 2.7 小结48 第三章第三章 大跨径预应力混凝土连续刚构桥状态评估参数监测大跨径预应力混凝土连续刚构桥状态评估参数
18、监测.49 3.1 工程背景49 3.2 应力监测系统.50 3.2.1 监测意义50 3.2.2 测试仪器的选择50 3.2.3 测点的布置51 3.3 温度监测系统.52 3.3.1 监测意义52 3.3.2 测试仪器52 3.3.3 测点布置52 3.4 挠度监测系统.53 3.4.1 监测意义53 3.4.2 测点布置54 3.4.3 监测系统54 3.5 加速度监测系统.55 3.5.1 监测意义55 3.5.2 加速度信号测试的特点55 3.5.3 加速度传感器的选择55 3.5.4 加速度的测试位置56 3.5 区域表观检测58 3.6 基础沉降和桥墩纵向偏位观测59 3.7 数
19、据传输系统59 3.8 信息处理与分析系统61 3.9 评估控制系统61 3.9.1 系统功能61 3.9.2 系统的实现62 3.10 监测数据的阀值和量化62 3.10.1 监测数据的阀值62 3.10.2 应力和挠度监测数据的评分量化63 3.11 传感器测点权重的确定65 3.11.1 应力测点的权重65 3.11.2 挠度测点的权重74 3.12 本章小结76 第四章第四章 大跨径预应力混凝土连续刚构桥评估系统开发大跨径预应力混凝土连续刚构桥评估系统开发.77 4.1 软件开发平台及数据库简介77 4.1.I C+语言及面向对象技术.77 4.1.2 VisualC+.NET 的特点
20、77 4.1.3 SQLServer2005 介绍78 4.1.4 .net FrameWork 特点78 4.2 软件总体设计79 4.2.1 软件编写的依据.79 4.2.2 软件的特点.79 4.2.3 软件的功能设计.80 4.3 软件使用介绍82 4.3.1 程序启动.82 4.3.2 桥梁信息.83 4.3.3 定时数据监测.84 4.3.4 实时数据监测.85 4.3.5 系统设置.85 4.3.6 状态评估.86 4.4 小结88 第五章第五章 评估实例评估实例.89 5.1 桥梁评估数据89 5.1.1 主要检测仪器.89 5.1.2 具体结果.89 5.2 主梁评估91 5
21、.2.1 表观检查底层指标评估.91 5.2.2 主梁应力评估.92 5.2.3 主梁线形评估.94 5.2.4 主梁第二级评估.95 5.3 墩台基础评估97 5.3.1 表观检查底层指标评估.97 5.3.2 基础沉降和纵向偏位评估.97 5.3.3 墩台基础第二级评估.97 5.4 小结99 第六章第六章 结论与展望结论与展望.100 6.1 本文的主要工作与结论100 6.2 展望100 致致 谢谢.102 参考文献参考文献.103 在学期间发表的论著及取得的科研成果在学期间发表的论著及取得的科研成果.106 第一章 绪 论 1 第一章 绪 论 1.1 研究背景 连续刚构桥是预应力混凝
22、土梁式桥型之一,它综合了连续梁和 T 型刚构桥受 力特点,将主梁连续梁体与薄壁桥墩固结而成。其结构型式既保持了连续梁无伸 缩缝、行车平顺的优点,又保持了 T 型刚构不设支座、不需体系转换,方便施工 的优点。因此,尽管其起步较晚,近十年来却得到了较快的发展,在主跨 100m300m 范围内应用较广。目前,国内外一些已建成的大跨径连续刚构桥见 表 1.1,1.21。 表 1.1 国外大跨径预应力混凝土连续刚构桥(L190m) Table1.1 The foreign long span prestressed concrete continuous rigid-frame bridge(L190m
23、) 桥名国家建成年跨径(m) Raft Sundet挪威199886+202+298+125 Gate way澳大利亚1985145+260+145 Schot twien奥地利1989250 Uoutor葡萄牙1990250 Houston美国1985114+228.6+114 Mooney澳大利亚1985130+220+130 表 1.2 国内大跨径预应力混凝土连续刚构桥 Table1.2 The domestic long span prestressed concrete continuous rigid-frame bridge 桥名建成年跨径(m)桥名建成年跨径(m) 虎门大桥19
24、97150+270+150洛溪大桥1998 65+125+180+11 0 重庆黄花园 大桥 1999137+3250+137 宁波大榭 跨海大桥 1999123.6+170+123.6 黄石长江大桥1995162.5+3245+162.5 广东南海 金沙大桥 199466m+120m+66m 江津长江大桥1997140+240+140 福建刺桐 大桥 199790+130+90 重庆高家花园 嘉陵江大桥 1997140+240+140 蒙田金沙 江大桥 1996100+168+100 三门峡黄河1993100+4160+105冷水滩湘199489.1+155+89.1 2 第一章 绪 论 公
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