混凝土桥梁基于残余应变监测的疲劳状况评估模式研究

【摘要】混凝土桥梁往往不可避免地存在某些细小结构缺陷，这些缺陷大多以微观裂纹形式出现，在长时间的结构服役期内，由于环境的侵蚀、材料的老化及自然灾害，加之交通荷载的反复疲劳作用，因这些细小缺陷引起的疲劳损伤不断累积，导致桥梁结构整体抵抗自然灾害，甚至正常服役荷载的能力逐渐下降。限于研究手段和测试技术，以往的桥梁结构疲劳分析只能局限于构件或细节表面已出现肉眼可见的疲劳裂纹，距离疲劳损伤早期（裂纹萌生）的发现和分析尚有很大差距。近年来，桥梁长期监测技术取得了较大进展，如何充分利用桥梁在线营运监测的手段和技术优势，尽早发现疲劳损伤和跟踪其损伤累积演化过程，是桥梁界值得探索的课题。目前，在该领域还没有较为系统的研究成果。鉴于此，本文利用断裂与损伤力学的相关理论与知识，从研究钢筋混凝土桥梁的疲劳裂纹扩展规律出发，获取能表征疲劳损伤的特征因子，同时，在大量实时监测数据的基础上，挖掘出疲劳特征参量，从而实现对服役混凝土桥梁疲劳损伤的安全状态评估。论文的主要研究内容和结论如下：①通过对钢筋混凝土材料的裂纹扩展机理分析，在恢复力模型的基础上，提出了融入残余应力影响因子的修正Paris公式，并进行了数值计算分析。分析结果表明：考虑残余应力影响之后的作用效果明显不同于未考虑的情况，其对裂纹扩展影响较大，更符合实际。②根据混凝土疲劳损伤微观机理分析，结合疲劳裂纹稳定扩展与不稳定扩展这两个断裂判据，在相应假设的基础上，获取了残余应变的计算模型；同时，为了使该模型的适用范围更广，尤其是对服役的钢筋混凝土桥梁，对其进行了实时残余应变计算模型的研究。经验证，该模型能满足实际情况需求，且不受加载历程的影响；此外，通过累积残余应变的多少来划分疲劳损伤状况等级，实现了混凝土桥梁的实时疲劳安全状况评估。③通过对钢筋混凝土梁的非线性数值模拟分析，获取了循环荷载作用下梁在不同阶段的发展变化状况，特别是塑性变形情况。同时，根据钢筋混凝土梁在单级和多级荷载作用下的疲劳试验，发现融入残余应力影响的应力强度因子较常规的应力强度因子能更好的表达出裂纹的扩展速率；此外，利用已提出的残余应变计算模型，计算出的残余应变与实测的残余应变初期吻合良好，后期略高于实测值，可见，利用残余应变评估循环荷载作用下服役桥梁结构的疲劳安全状况可行，且偏于安全。④为了有效剔除监测数据中的异常信息，压缩减小数据量，以小波分析为手段，根据监测数据呈周期性变化的特点，提供了标准循环块（以天为周期）的获取方法；此外，兼顾疲劳安全状况评估对循环特征参数（峰值imax及其对应的循环次数ni）的需求，在遵循计数原则的基础上，借鉴已有计数方法，提出了改进的跨均值峰值计数法，并针对实际的监测数据进行了应用分析。⑤选取已构建健康监测系统的典型混凝土连续刚构桥—龙河大桥为依托，利用其实时监测数据，提取出当前疲劳特征参数（峰值imax及其对应的循环次数ni），同时，借助残余应变计算模型，获取了龙河大桥典型截面相关位置目前的残余应变量值。该残余应变量值非常小，表明目前龙河大桥的疲劳安全状况良好，这与大桥实际安全状况相符。可见，基于残余应变的评估模式达到了进行服役桥梁疲劳安全状况分析的目的。
【作者】陈悦；
【导师】周建庭；
【作者基本信息】重庆交通大学，桥梁与隧道工程，2014，博士
【关键词】疲劳；残余应变；混凝土桥梁；监测数据；状况评估；

【参考文献】
[1]鲍莹莹.“华夷之辨”与清初的政治法律认同[D].苏州大学,法律史,2014,硕士.
[2]苏日娜.蒙古文字体设计及应用[D].内蒙古师范大学,艺术设计（专业学位）,2013,硕士.
[3]何樵登.不断开拓,持续提高[J].石油地球物理勘探,1995,04:452-453.
[4]苏宏.H公司内部控制研究[D].北京交通大学,2014.
[5]刘韵洁,朱士钧,杜之亭,黄涛,杨征,张云勇.综合宽带网及其发展战略[J].世界电信.2005(09)
[6]杨成梧,胡健生.时变线性系统最优控制的Walsh级数分析法[J].自动化学报,1991,01:83-86.
[7]高敏.氟取代羟基磷灰石/氧化锆复合陶瓷的制备及性能研究[D].哈尔滨工业大学,无机化学,2014,硕士.
[8]马富银.汽车发动机机油泵的振动和噪声分析[D].上海工程技术大学,车辆工程,2012,硕士.
[9]姬振江.模拟土壤溶液中管线钢的电化学行为研究[D].西安建筑科技大学,化学工艺,2013,硕士.
[10]袁云峰,齐亮,姚克俭.旋转浮阀塔板的气含率分布研究[J].石油化工,2013,09:990-995.
[11]李芳芳.缺血预处理对大鼠脂肪肝缺血再灌注损伤的影响[D].浙江大学,内科学,2004,硕士.
[12]李敏.农村中小企业融资体系研究[D].山西财经大学,金融学,2014,硕士.
[13]张小飞.零价金属催化RAFT聚合物末端硫代羰基的去除及修饰[D].苏州大学,高分子化学与物理,2013,硕士.
[14]曲春浩,王军,屈孟男,陈国珍.石墨烯复合材料的制备及其在能源领域的应用[J].应用化工,2013,04:725-727.
[15]张健康,粟小华,胡勇,杜丁香.大容量可控电抗器对线路差动保护的影响及解决措施[J].电力系统自动化,2014,01:115-120.
[16]黎孔明.修船企业库存管理及库存预测[D].上海交通大学,项目管理,2013,硕士.
[17]朱以林.商品化权制度研究[D].华东政法学院,法律,2004,硕士.
[18]舒文斌.基于改进AdaBoost级联的人眼检测研究[D].中南民族大学,生物医学工程,2013,硕士.
[19]董颖.私营企业法治建设研究[D].景德镇陶瓷学院,思想政治教育,2014,硕士.
[20]商占仙.生物节律紊乱动脉粥样硬化小鼠中钟基因、脂质代谢相关基因改变的研究[D].复旦大学,病理学与病理生理学,2011,硕士.
[21]刘华.负压吸引促进大鼠坐骨神经再生的实验研究[D].辽宁医学院,外科学,2012,硕士.
[22]李丹.BIG-3基因的克隆、表达及其促成骨活性的研究[D].第四军医大学,外科学,2004,硕士.
[23]张广宇.石墨烯纳米结构和器件[A].中国真空学会(ChineseVacuumSociety).中国真空学会2012学术年会论文摘要集[C].中国真空学会(ChineseVacuumSociety):,2012:2.
[24]郭峻岭.锂离子电池用钛基和锰基氧化物纳米阵列的制备、性能及储能机理研究[D].华中师范大学,凝聚态物理,2014,硕士.
[25]袁保山.600MW超临界压力汽轮机低压外缸加工工艺攻关[J].发电设备.1990(10)
[26]魏强兵,周峰.双锚固基团大分子引发剂的表面引发原子转移自由基聚合[A].中国化学会.中国化学会第28届学术年会第12分会场摘要集[C].中国化学会:,2012:1.
[27]邹晴,林湘宁,翁汉琍.基于闭环控制的独立电力系统低频减载策略[J].电力系统自动化,2006,22:34-37+88.
[28]张萌.东营市中小学合唱教育现状调查及对策研究[D].曲阜师范大学,音乐学,2013,硕士.
[29]贺泳华.基于广义戴维南等值的改进连续潮流与PV曲线求取[D].湖南大学,电气工程,2011,硕士.
[30]张富生.基于遗传算法的车间动态调度研究[D].山东大学,制造系统信息工程,2013,硕士.
[31]杨倩.基于EFDC的密云水库水环境及应急处理模型研究[D].中国地质大学（北京）,地下水科学与工程,2014,硕士.
[32]雷程.基于钽酸锂晶体的红外探测器工艺技术研究[D].中北大学,精密仪器及机械,2013,硕士.
[33]杨廷亚.应用噬菌体展示技术筛选兔出血症病毒抗原模拟表位及其ELISA抗体检测方法的建立[D].南京农业大学,预防兽医学,2011,硕士.
[34]陈咏涛.电力企业改革与电力市场营销研究[D].重庆大学,工商管理,2003,硕士.
[35]邓锦环.试论中国水墨画的空间处理[D].吉林大学,美术学,2013,硕士.
[36]周云超.A公司项目经理绩效考核研究[D].北方工业大学,工商管理,2013,硕士.
[37]王曙光.美国保险业的发展及其对我国的启示[D].吉林大学,世界经济,2004,硕士.
[38]常印佛,周涛发,范裕.复合成矿与构造转换——以长江中下游成矿带为例[J].岩石学报,2012,10:3067-3075.
[39]李俊甫.非小细胞肺癌预后相关评价标志物的筛选[D].河北大学,细胞生物学,2014,硕士.
[40]姚勇.基于ARM的广播发射机控制系统的设计与实现[D].陕西科技大学,模式识别与智能系统,2013,硕士.
[41]王振义.电力市场环境下发电企业的MIS建设[J].电力信息化,2004,10:38-40.
[42]张志军.黄河宁夏段坝垛冲刷坑和根石走失的试验研究[D].西安理工大学,水利工程,2003,硕士.
[43]简芳.基于FPGA的Σ-Δ型模数转换器的仿真研究与设计[D].广东工业大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[44]刘再飞.电动汽车锂电池管理系统的研制[D].青岛大学,电力系统及其自动化,2013,硕士.
[45]杨炳儒,陈泓婕,谢永红.基于知识库的知识发现结构研究[J].计算机工程与应用,2002,17:14-15+30.
[46]王陟.《沈约集校笺》音乐美学探微[D].西安音乐学院,音乐美学,2014,硕士.
[47]郑志荣.软件专业人才能力培养初探[J].江西行政学院学报,2004,S1:228-229.
[48]穆清,李亚楼,周孝信,赵鹏,张星.基于传输线分网的并行多速率电磁暂态仿真算法[J].电力系统自动化,2014,07:47-52.
[49]冯毅.抑制自噬增加PI3K/mTOR抑制剂NVP-BEZ235引起的神经胶质瘤U251细胞凋亡[D].吉林大学,外科学,2014,硕士.
[50]卜军.榉木的生长和材性研究[D].中南林业科技大学,林木栽培育种,2013,硕士.