實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)橋梁壽命預(yù)測(cè)理論及應(yīng)用

內(nèi)容概要

本書8章內(nèi)容較系統(tǒng)的闡述了信息論、非線性分析、混沌以及時(shí)間序列在橋梁實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)安全評(píng)估和壽命預(yù)測(cè)中應(yīng)用的理論和工程應(yīng)用過程。第l章詳細(xì)介紹了橋梁健康監(jiān)測(cè)的背景、意義以及橋梁安全評(píng)估和壽命預(yù)測(cè)研究的現(xiàn)狀和發(fā)展。第2章全面總結(jié)、分析了結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)中的模態(tài)識(shí)別、結(jié)構(gòu)物理參數(shù)識(shí)別以及橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)監(jiān)測(cè)的基本原理。第3章詳細(xì)分析了利用現(xiàn)代通信、電子、信息等技術(shù)構(gòu)建的橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的方案以及方案設(shè)計(jì)中所涉及的傳感器優(yōu)化布設(shè)、測(cè)點(diǎn)相關(guān)性的分析等內(nèi)容。第4章全面總結(jié)了橋梁健康監(jiān)測(cè)信息預(yù)處理的的基本理論及工程應(yīng)用流程。第5章對(duì)混沌動(dòng)力學(xué)和時(shí)間序列的基本理論進(jìn)行了全面總結(jié)，同時(shí)詳細(xì)分析了橋梁監(jiān)測(cè)響應(yīng)信息的混沌特性，提出了混沌時(shí)間序列在橋梁安全評(píng)估中應(yīng)用的發(fā)展方向。第6章在總結(jié)結(jié)構(gòu)本構(gòu)理論的基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹了結(jié)構(gòu)抗力特征因子以及利用多種特征因子完成橋梁結(jié)構(gòu)抗力評(píng)估的理論和應(yīng)用流程。第7章在總結(jié)小波理論的基礎(chǔ)上詳細(xì)介紹了基于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行結(jié)構(gòu)荷載效應(yīng)提取的方法和工程應(yīng)用。第8章詳細(xì)介紹了利用人工智能算法、結(jié)構(gòu)物理參數(shù)識(shí)別、模式識(shí)別以及最優(yōu)停時(shí)理論進(jìn)行橋梁營運(yùn)期使用壽命評(píng)估和預(yù)測(cè)的理論和應(yīng)用。

書籍目錄

第1章  緒論  1.1 橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的背景及意義  1.2 橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀    1.2.1 橋梁健康監(jiān)測(cè)的發(fā)展歷程    1.2.2 橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀  1.3 橋梁結(jié)構(gòu)的安全性評(píng)價(jià)與壽命預(yù)測(cè)的發(fā)展    1.3.1 常規(guī)工程結(jié)構(gòu)耐久性、使用壽命預(yù)測(cè)研究現(xiàn)狀及分析    1.3.2 基于遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的使用壽命預(yù)測(cè)理論研究相關(guān)前期工作  參考文獻(xiàn)第2章  橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力監(jiān)測(cè)原理  2.1 概述  2.2 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)動(dòng)力計(jì)算    2.2.1 單自由度系統(tǒng)    2.2.2 多自由度系統(tǒng)    2.2.3 橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力系統(tǒng)  2.3 結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)識(shí)別    2.3.1 單自由度系統(tǒng)傳遞函數(shù)、頻響函數(shù)及參數(shù)識(shí)別    2.3.2 多自由度系統(tǒng)傳遞函數(shù)和頻響函數(shù)    2.3.3 結(jié)構(gòu)模態(tài)模態(tài)參數(shù)辯識(shí)  2.4 結(jié)構(gòu)物理參數(shù)的識(shí)別    2.4.1 模態(tài)轉(zhuǎn)換理論的頻率識(shí)別法    2.4.2 動(dòng)力復(fù)合反演的時(shí)域識(shí)別法  2.5 橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)監(jiān)測(cè)    2.5.1 橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性測(cè)試    2.5.2 橋梁健康監(jiān)測(cè)動(dòng)力學(xué)特征應(yīng)用  2.6 小結(jié)  參考文獻(xiàn)第3章  橋梁健康實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)  3.1 橋梁健康實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息采集系統(tǒng)研究及應(yīng)用    3.1.1 總體設(shè)計(jì)原則    3.1.2 橋梁健康實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)內(nèi)容的選擇    3.1.3 主要參數(shù)的監(jiān)測(cè)方法  3.2 橋梁健康監(jiān)測(cè)傳感器布設(shè)優(yōu)化方法    3.2.1 傳感器優(yōu)化布置原則    3.2.2 基于遺傳算法的傳感器優(yōu)化布設(shè)方法  3.3 典型橋梁安全遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)集群系統(tǒng)    3.3.1 馬桑溪長江大橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)    3.3.2 重慶高家花園大橋  3.4 基于線性與非線性橋梁監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)信息分析及應(yīng)用    3.4.1 橋梁健康監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)關(guān)聯(lián)特性    3.4.2 基于時(shí)延轉(zhuǎn)移熵與時(shí)延互信息的測(cè)點(diǎn)非線性關(guān)聯(lián)特性分析    3.4.3 基于線性相關(guān)性的橋梁監(jiān)測(cè)多傳感器測(cè)點(diǎn)間關(guān)聯(lián)分析  3.5 橋梁監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)相關(guān)性在結(jié)構(gòu)安全評(píng)估和預(yù)測(cè)中的應(yīng)用    3.5.1 基于測(cè)點(diǎn)相關(guān)性的結(jié)構(gòu)安全可靠度評(píng)估    3.5.2 基于相關(guān)度的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別  3.6 小結(jié)  參考文獻(xiàn)第4章  橋梁健康監(jiān)測(cè)信息的預(yù)處理  4.1 概述  4.2 海量數(shù)據(jù)處理    4.2.1 海量數(shù)據(jù)    4.2.2 海量數(shù)據(jù)的特點(diǎn)    4.2.3 海量數(shù)據(jù)管理的需求    4.2.4 海量數(shù)據(jù)的處理方法  4.3 數(shù)據(jù)失真的處理    4.3.1 監(jiān)測(cè)信息數(shù)據(jù)失真的提出    4.3.2 數(shù)據(jù)失真的特點(diǎn)    4.3.3 數(shù)據(jù)失真的分類與表現(xiàn)形式  4.4 數(shù)據(jù)失真的識(shí)別方法    4.4.1 單點(diǎn)數(shù)據(jù)失真的識(shí)別    4.4.2 連續(xù)數(shù)據(jù)失真判斷  4.5 數(shù)據(jù)失真的修復(fù)    4.5.1 趨勢(shì)曲線修復(fù)法    4.5.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)修復(fù)法    4.5.3 修復(fù)方法的優(yōu)缺點(diǎn)分析  4.6 數(shù)據(jù)換算處理  4.7 小結(jié)  參考文獻(xiàn)第5章  基于混沌時(shí)間序列的結(jié)構(gòu)響應(yīng)信息非線性分析  5.1 混沌動(dòng)力學(xué)概述    5.1.1 混沌基本理論    5.1.2 混沌系統(tǒng)識(shí)別  5.2 時(shí)間序列    5.2.1 時(shí)間序列組成及分解    5.2.2 信號(hào)的奇異性檢測(cè)與消噪    5.2.3 時(shí)間序列的時(shí)頻特性分析    5.2.4 時(shí)間序列ARMA模型  5.3 混沌時(shí)間序列    5.3.1 基本理論    5.3.2 計(jì)算混沌特征參數(shù)  5.4 橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)響應(yīng)時(shí)間序列的混沌性分析    5.4.1 橋梁結(jié)構(gòu)的非線，陸    5.4.2 基于Melnikov方法的橋梁結(jié)構(gòu)混沌臨界分析    5.4.3 橋梁健康實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)時(shí)間序列    5.4.4 基于橋梁健康實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的混沌指標(biāo)分析研究  5.5 基于混沌時(shí)間序列的橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估研究    5.5.1 基于混沌時(shí)間序列的橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估及預(yù)測(cè)    5.5.2 混沌在橋梁監(jiān)測(cè)、評(píng)估與預(yù)測(cè)中應(yīng)用展望  5.6 小結(jié)  參考文獻(xiàn)第6章  基于橋梁健康監(jiān)測(cè)信息的結(jié)構(gòu)抗力衰變特征分析  6.1 概述  6.2 結(jié)構(gòu)本構(gòu)關(guān)系理論    6.2.1 線彈性模型    6.2.2 非線彈性本構(gòu)模型    6.2.3 彈塑性本構(gòu)模型  6.3 影響橋梁抗力衰變的內(nèi)、外因素分析    6.3.1 不確定性影響因素    6.3.2 收縮、徐變及松弛    6.3.3 堿—集料反應(yīng)    6.3.4 混凝土、鋼筋強(qiáng)度的時(shí)變效應(yīng)    6.3.5 預(yù)應(yīng)力損失    6.3.6 混凝土的碳化    6.3.7 鋼筋的銹蝕    6.3.8 結(jié)構(gòu)裂縫    6.3.9 荷載效應(yīng)  6.4 結(jié)構(gòu)抗力衰變特征因子的分析    6.4.1 靜力特征因子    6.4.2 動(dòng)力特征因子    6.4.3 基于混沌非線性分析的信號(hào)特征因子  6.5 基于橋梁實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息的抗力特征因子分析及提取    6.5.1 基于橋梁健康監(jiān)測(cè)信息的結(jié)構(gòu)靜、動(dòng)力特征因子的提取    6.5.2 基于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)時(shí)間序列的混沌特征因子提取  6.6 基于橋梁實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息反演物理參數(shù)的結(jié)構(gòu)抗力分析研究    6.6.1 橋梁結(jié)構(gòu)物理識(shí)別法方法分析    6.6.2 基于結(jié)構(gòu)物理參數(shù)識(shí)別的結(jié)構(gòu)抗力演變分析  6.7 基于動(dòng)力特征因子的結(jié)構(gòu)抗力分析研究    6.7.1 單因子對(duì)結(jié)構(gòu)抗力的反映    6.7.2 多因子對(duì)結(jié)構(gòu)抗力的反映    6.7.3 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)抗力評(píng)估研究  6.8 基于混沌特征的橋梁結(jié)構(gòu)抗力狀態(tài)辨識(shí)研究  6.9 小結(jié)  參考文獻(xiàn)第7章  橋梁營運(yùn)期隨機(jī)荷載效應(yīng)及其演變分析  7.1 橋梁營運(yùn)期荷載效應(yīng)特性分析    7.1.1 主梁撓度和應(yīng)變的主要影響因素分析    7.1.2 營運(yùn)期橋梁荷載效應(yīng)特性演變分析    7.1.3 營運(yùn)期橋梁荷載效應(yīng)特性指標(biāo)的構(gòu)建  7.2 活載效應(yīng)和劣化效應(yīng)信息的提取技術(shù)    7.2.1 結(jié)構(gòu)響應(yīng)監(jiān)測(cè)信息的時(shí)間多尺度特點(diǎn)    7.2.2 小波分析理論    7.2.3 多尺度分析及Mallat算法    7.2.4 活載效應(yīng)信息的提取    7.2.5 劣化效應(yīng)信息的提取  7.3 基于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息的橋梁結(jié)構(gòu)荷載效應(yīng)演變規(guī)律分析    7.3.1 馬桑溪長江大橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)    7.3.2 荷載效應(yīng)的提取及其演變規(guī)律分析  7.4 小結(jié)  參考文獻(xiàn)第8章  橋梁營運(yùn)期使用壽命評(píng)估及預(yù)測(cè)研究  8.1 在役橋梁剩余壽命概述    8.1.1 結(jié)構(gòu)壽命的定義    8.1.2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測(cè)的準(zhǔn)則    8.1.3 橋梁壽命評(píng)估及預(yù)測(cè)方法  8.2 大型在役橋梁結(jié)構(gòu)時(shí)變可靠度分析    8.2.1 可靠度理論    8.2.2 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的橋梁可靠度分析    8.2.3 GA—BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在橋梁可靠度評(píng)估中的應(yīng)用  8.3 基于結(jié)構(gòu)物理參數(shù)和荷載效應(yīng)的時(shí)變可靠度結(jié)構(gòu)壽命評(píng)估及預(yù)測(cè)    8.3.1 基于橋梁健康監(jiān)測(cè)信息動(dòng)態(tài)調(diào)整的時(shí)變可靠度壽命評(píng)估預(yù)測(cè)    8.3.2 傳統(tǒng)橋梁結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測(cè)模式分析    8.3.3 基于結(jié)構(gòu)物理參數(shù)和荷載效應(yīng)的時(shí)變可靠度結(jié)構(gòu)壽命評(píng)估  8.4 基于“一類學(xué)習(xí)”模式識(shí)別的橋梁壽命預(yù)測(cè)分析    8.4.1 基于一類SVM模式識(shí)別的橋梁壽命預(yù)測(cè)分析    8.4.2 基于信息幾何混沌SVM橋梁壽命預(yù)測(cè)模型修正  8.5 基于最優(yōu)停時(shí)理論的橋梁抗力及壽命演變研究    8.5.1 最優(yōu)停時(shí)理論    8.5.2 基于最優(yōu)停時(shí)理論的橋梁結(jié)構(gòu)壽命演變研究  8.6 小結(jié)  參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　由于大型橋梁的力學(xué)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及所處的特定環(huán)境，在大橋設(shè)計(jì)階段完全掌握和預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和行為是非常困難的。結(jié)構(gòu)理論分析往往基于理想化的有限元離散模型，并且分析時(shí)常以很多假定條件為前提，這些常常與實(shí)際的真實(shí)條件不相符。因此，通過橋梁健康監(jiān)測(cè)所獲得的數(shù)據(jù)來推求實(shí)際結(jié)構(gòu)動(dòng)力和靜力行為具有重要意義。合理保守的設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)安全的根本保證，但是限于當(dāng)前對(duì)大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的認(rèn)知程度，人們對(duì)許多未知因素都不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和有效控制，只有借助先進(jìn)的檢測(cè)手段來了解橋梁的安全狀況。傳統(tǒng)的橋梁保障體系以人工定期檢測(cè)為主要特征，測(cè)試手段雖然較20世紀(jì)七八十年代有了長足進(jìn)步，但其固有缺陷依然存在。人工檢測(cè)需要預(yù)先知道損傷發(fā)生的大概位置，不易發(fā)現(xiàn)某些重要結(jié)構(gòu)的內(nèi)部損傷，無法檢查人員和設(shè)備難以到達(dá)的部位，而且檢查結(jié)果需要專業(yè)人員解釋判斷，帶有很大主觀性。此外，人工檢測(cè)周期長，不能應(yīng)付突發(fā)事件，難以為橋梁管理部門及時(shí)提供決策依據(jù)。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是集結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)、系統(tǒng)辨識(shí)和結(jié)構(gòu)評(píng)估于一體的綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。Housner等人將結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)定義為[2]：一種從營運(yùn)狀態(tài)的結(jié)構(gòu)中獲取并處理數(shù)據(jù)，評(píng)估結(jié)構(gòu)的主要性能指標(biāo)（如可靠度、耐久性等）的有效方法。它結(jié)合了無損檢測(cè)和結(jié)構(gòu)特性分析（包括結(jié)構(gòu)響應(yīng)），目的是為了診斷結(jié)構(gòu)中是否有損傷發(fā)生，判斷損傷的位置，估計(jì)損傷的程度以及損傷對(duì)結(jié)構(gòu)將造成的后果。根據(jù)上述定義，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以劃分為[3]在線測(cè)試、實(shí)時(shí)分析、損傷診斷、狀態(tài)評(píng)估以及維護(hù)決策等五個(gè)部分。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)的興起為橋梁的安全保障另辟蹊徑，可以徹底克服人工檢測(cè)的滯后性和低效性。其方法主要是運(yùn)用現(xiàn)代傳感技術(shù)與通信技術(shù)，通過實(shí)時(shí)獲取結(jié)構(gòu)狀態(tài)和環(huán)境信息的各種數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)橋梁運(yùn)營階段的結(jié)構(gòu)響應(yīng)與動(dòng)態(tài)行為，并依靠智能分析軟件評(píng)估橋梁結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)?！　　?/pre>








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