分布式光纤监测技术在空心板梁桥集群中的应用研究

作     者：马国豪 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘洋

授予年度：2022年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：心板梁桥集群 分布式光纤监测技术 结构损伤诊断 Bi-LSTM网络 时空相关性 

摘      要：空心板梁桥集群是指城市及公路交通路网内相同及相似的空心板梁桥构成的桥梁集合。空心板梁桥在复杂的运营因素耦合作用下极易出现铰缝损伤和桥面破损等病害形式，且多种损伤工况相互影响，仅针对单座空心板梁桥进行损伤诊断难以消除多因素耦合作用，因此，如何开展运营期空心板梁桥集群健康监测和损伤判别仍是具有挑战性的难题。针对该问题，基于分布式光纤监测技术分别从空心板梁桥结构高密度测点挠度信息转换方法、空心板梁桥铰缝损伤诊断算法和空心板梁桥桥面铺装破损判别方法三方面开展了系统研究，主要研究内容包括： 深入探讨了高密度测点应变与主梁竖向挠度转换问题。总结了分布式光纤监测技术原理，分析了梁桥竖向挠度计算方法，着重研究了基于共轭梁法的高密度测点应变与主梁竖向挠度转换算法，运用数值模拟对比了基于点式应变传感技术和本文所提基于分布式光纤监测技术在挠度转换中的计算效果，验证了高密度测点应变与挠度转换算法计算精度。 重点研究了基于高密度测点挠度信息的空心板梁桥集群铰缝损伤诊断问题。分析了空心板梁桥铰缝传力理论及损伤特征，结合铰缝损伤状态提出损伤特征指标构建方法;着重讨论了空心板梁桥集群监测数据时空相关性，探索集群内空心板梁桥铰缝损伤特征指标间非线性映射关系;在此基础上，基于Bi-LSTM网络提出集群内空心板梁桥铰缝损伤诊断因子的构建方法，提出空心板梁桥集群铰缝损伤诊断算法，并采用数值算例对算法有效性进行验证。 在上述研究的基础上，研究了基于静-动挠度信息的空心板梁桥集群桥面铺装破损诊断问题。在基于分布式光纤监测技术的桥梁整体性能判定结果良好下，配合点式动挠度传感装置，探索基于动态时间规整技术的空心板梁桥集群挠度相关性分析方法;依托交叉验证和异常诊断理论，提出单次桥面破损交叉诊断算法，并进一步提出桥面破损判别决策方法;最终，采用数值模拟验证了算法的有效性。