赤壁长江大桥长期健康监测系统传感器阈值研究开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

1980年,德国桥梁专家Friz Leonhardt在美国佛罗里达州的Sunshine Skyway桥的招标方案中首次提出现代结合梁斜拉桥的概念。1987年建成的加拿大Alex Fraser桥也采用结合梁斜拉桥的形式,主跨465m,是当时世界上跨度最大的结合梁斜拉桥。我国修建的第一座结合梁斜拉桥是主跨为423m的上海南浦大桥。结合梁斜拉桥是在钢桥和混凝土桥的基础上发展形成的一种新型桥梁,与钢结构斜拉桥相比,结合梁斜拉桥有着降低造价,稳定性强,防火性好,避免桥面板疲劳等优点;与混凝土斜拉桥相比,它有着缩短工期,充分发挥混凝土受压性能良好的特点,减小自重及地震作用,以及增强结构延性等优点。正因为这些优点,近40年来结合梁斜拉桥在国内外快速发展。结合梁斜拉桥的发展离不开有限元计算理论的发展和计算机软硬件计算能力的不断提高,作为结构分析的重要方法及有效手段,有限单元法的关键是将工程实际结构离散化为若干个单元,通过力学的变分原理去建立有限元方程,计算后的结果再指导工程实践。桥梁结构健康监测最早出现在20世纪80年代末,英国为北爱尔兰的Foyle桥安装了长期健康监测仪器与自动数据采集系统,研究车辆荷载、风荷载与温度荷载等对桥梁的结构响应。由于结构健康监测技术可以准确可靠地评估桥梁结构的安全性与完整性,减少维护费用和增加结构寿命,90年代后国内外绝大部分桥梁都安装有长期健康监测系统,例如我国的上海徐浦大桥、江阴长江公路大桥、东莞虎门大桥等建成后随即安装了长期健康监测系统。桥梁结构健康监测发展至今,监测项目主要有风荷载、环境与结构内部温湿度、结构变形、支座位移、结构应力、动力特性、地震分析、船舶撞击、车辆交通荷载、结构倾斜度、索力测量等。

本文利用有限元软件midas civil建立赤壁长江大桥空间整体有限元模型,定义恒载与各活载工况并进行荷载组合,再针对典型的荷载组合计算结构响应,为大桥运营期的长期健康监测系统的各传感器提供报警阈值,具有较大的理论意义与实际意义。本文的研究与分析方法可以当作是桥梁结构健康监测的参考案例。

2. 研究的基本内容与方案

工程概况:湖北省赤壁市赤壁长江大桥是构建天门至赤壁的过江通道,是天门至赤壁一级公路的关键性控制工程。主桥为结合梁斜拉桥,采用半漂浮结构体系,跨径布置为(90 240 720 240 90)m,全长1380m。主梁采用双边箱梁组合截面,梁宽36.5m,梁高3.8m。索塔采用H型钢筋混凝土结构,洪湖侧高217.33m,赤壁侧高223m,索塔基础采用整体式群桩基础。建成通车后,赤壁长江大桥是世界上跨度最大的结合梁斜拉桥。

本文基于赤壁长江大桥工程图纸,得到实际工程结构与构造,使用有限元软件midas civil建立计算模型并施加边界条件。结合工程实际工况条件,定义自重、二期荷载、索塔预应力、车辆荷载、温度荷载与风荷载等,并进行荷载组合,计算分析赤壁长江大桥在各荷载组合下的位移、应力、索力与内力(弯矩、剪力与轴力),以此得到结构响应的分布规律。根据计算结果与实际工况定义几组典型荷载组合,提取结构构件的最大响应,作为长期健康监测系统各传感器运营期的报警阈值,为安装长期健康监测系统提供参考。

3. 研究计划与安排

时间

工作内容

2019.02.18-2019.03.03

完成开题报告与英文资料翻译

2019.03.04-2019.03.17

熟悉赤壁长江大桥结构图纸

2019.03.18-2019.03.31

学习桥梁电算,使用midascivil软件完成例题

2019.04.01-2019.04.28

使用midas civil软件建立赤壁长江大桥主桥空间有限元模型

2019.04.29-2019.05.05

施加边界条件与荷载,检验所建有限元模型的正确性

2019.05.06-2019.05.12

定义恒载与各活载工况,计算分析赤壁长江大桥主桥在工况下的位移、应力、索力与内力

2019.05.13-2019.05.16

定义几种典型的工况组合,计算长期健康监测系统各传感器运营期的报警阈值.提交阶段性报告

2019.05.17-2019.05.30

撰写毕业论文与PPT,准备答辩

4. 参考文献(12篇以上)

[1] 聂建国, 余志武. 钢-混凝土组合梁在我国的研究及应用[j]. 土木工程学报, 1999, 32(2):3-8.

[2] 聂建国. 钢-混凝土组合结构桥梁[m]. 人民交通出版社, 2011.

[3] 孙宗飞. 陈一飞. 桥梁结构健康监测分析与评价[m]. 中国建筑工业出版社,2017.

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