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第1章 绪论1

1.1 桥梁监测评估的研究背景1

1.2 桥梁监测与评估的发展历程2

1.3 桥梁监测与评估研究现状4

1.3.1 桥梁监测硬件设备与数据预处理研究现状4

1.3.2 在用桥梁安全评估研究现状5

1.4 大型桥梁实用监测评估理论和技术研究意义及目的8

1.5 后续研究方向9

第2章 建设—营运期桥梁全寿命监测理论和技术11

2.1 桥梁建设—营运期全寿命监测11

2.2 建设—营运期全寿命监测模式分析11

2.3 基于建设—营运期的大型桥梁合理健康监测参数14

2.3.1 建设期监控中的监测参数与内容14

2.3.2 营运期健康监测中的监测参数与内容15

2.3.3 建设—营运期全寿命监测项目优化16

2.4 基于建设期实际结构状态反演理论的测点布置技术16

2.4.1 结构状态反演理论17

2.4.2 基于结构状态反演的有限元模型修正20

2.4.3 基于结构有限元模型修正的营运期测点布置技术23

2.4.4 桥梁全寿命监测模式应用流程24

2.5 基于建设—营运期的大型桥梁远程健康监测与施工控制传感互补、结合布置技术25

2.5.1 考虑恒载、活载共同作用的协同工作模式26

2.5.2 传感器有效监测半径理论27

2.5.3 基于监测半径的建设—营运期测点布置优化模式30

2.6 基于建设—营运期的大型桥梁健康监测的传感器数据可靠性研究34

2.6.1 数据失真34

2.6.2 监测数据可靠性研究48

2.6.3 数据失真修复方法研究69

2.7 应用实践73

2.7.1 工程概况73

2.7.2 基于施工控制确定预埋传感器布置73

2.7.3 基于二重结构编码遗传算法初步确定表贴传感器位置74

2.8 本章小结83

参考文献83

第3章 桥梁实用监测传感机理与技术开发84

3.1 概述84

3.2 非接触式张力线桥梁挠度测量系统84

3.2.1 系统组成与测量原理84

3.2.2 性能分析85

3.2.3 误差形成分析86

3.3 自适应全天候自标定二维挠度／位移测量系统89

3.3.1 系统组成与测量原理90

3.3.2 测量速度和精度91

3.3.3 系统的误差及应对措施91

3.4 激光投射式挠度／位移测量系统93

3.4.1 系统组成及测量原理93

3.4.2 光斑图像预处理94

3.4.3 位移量的计算96

3.4.4 系统的时间开销和测量精度96

3.4.5 系统的结构性误差及应对措施96

3.5 桥梁挠度线形快速测量与重现系统98

3.5.1 系统组成与测量原理98

3.5.2 数据处理101

3.5.3 测量误差102

3.6 基于压力参考法的桥梁挠度测量系统102

3.6.1 系统组成102

3.6.2 测量原理106

3.6.3 系统特点107

3.6.4 系统误差及修正方法110

第4章 桥梁健康监测信息预处理112

4.1 概述112

4.2 桥梁监测信息异常分析112

4.2.1 监测信息异常的种类112

4.2.2 监测信息异常的原因分析114

4.2.3 监测信息异常判别方法118

4.3 监测信息过滤或去噪分析123

4.3.1 有用信号与噪声123

4.3.2 时域分析方法124

4.3.3 频域分析方法129

4.3.4 时频域分析方法129

4.4 监测信息重构133

4.4.1 失真信息重构133

4.4.2 缺失信息修复143

4.5 基于目标驱动的桥梁健康监测预处理144

4.5.1 桥梁健康监测系统前期准备144

4.5.2 桥梁健康监测采集模式规划145

4.5.3 其他预处理146

4.6 本章小结147

参考文献147

第5章 大型桥梁基于内力包络的安全评估理论和技术150

5.1 桥梁结构内力包络理论150

5.2 桥梁结构抗力修正技术150

5.2.1 桥梁结构抗力不确定因素分析151

5.2.2 桥梁建成初期结构抗力修正技术154

5.2.3 桥梁营运过程中抗力修正技术158

5.3 基于桥梁远程监测信息的实时内力图动态获取技术160

5.3.1 非监测截面实时响应信息获取技术160

5.3.2 基于有限单元法的全桥内力分析160

5.4 基于内力包络的桥梁安全评估技术164

5.4.1 基于监测信息的桥梁实时内力包络技术166

5.4.2 基于内力包络指标的桥梁安全评估技术167

5.5 应用实践167

5.5.1 高家花园大桥监测系统167

5.5.2 基于内力包络理论的安全评价模式及方法175

5.5.3 成果分析180

5.6 本章小结181

参考文献181

第6章 大型桥梁基于时变可靠性的安全评估理论和技术183

6.1 概述183

6.2 结构时变可靠度理论183

6.3 桥梁远程监测荷载效应分析184

6.4 分布优度拟合检验及荷载效应统计参数185

6.4.1 分布优度拟合检验185

6.4.2 荷载效应统计参数187

6.5 桥梁结构抗力计算模式189

6.5.1 抗力技术的不确定性分析190

6.5.2 结构实时抗力计算模式191

6.5.3 基于具体实桥的桥梁抗力统计参数修正技术195

6.6 基于时变可靠性的结构安全评估198

6.6.1 基于监测信息的结构时变可靠度计算199

6.6.2 基于时变可靠性指标的结构安全性评估206

6.7 应用实践209

6.7.1 高家花园嘉陵江大桥209

6.7.2 高家花园嘉陵江大桥截面可靠度分析模式与方法210

6.7.3 高家花园大桥可靠性评价212

参考文献217

第7章 大型桥梁基于混沌非线性特征指标的安全评估理论和技术218

7.1 桥梁结构系统混沌非线性机理218

7.1.1 桥梁结构系统的非线性动力行为分析218

7.1.2 桥梁结构动力学监测原理219

7.1.3 桥梁健康监测动力学特征应用220

7.1.4 桥梁健康实时监测时间序列222

7.2 混沌非线性系统时间序列特征指标体系222

7.2.1 准相图223

7.2.2 Poincare截面223

7.2.3 关联维数D2223

7.2.4 Kolmogorov熵224

7.2.5 最大Lyapunov指数225

7.3 基于混沌特征指标的桥梁结构状态演化分析227

7.3.1 ASCE Benchmark结构实验分析227

7.3.2 ASCE Benchmark有限元模型227

7.3.3 ASCE Benchmark有限元模型瞬态激励下动力响应试验分析228

7.3.4 基于瞬态激励响应的Benchmark有限元模型混沌特征指标分析233

7.3.5 基于最大Lyapunov指数谱熵的Benchmark有限元模型状态分析234

7.4 应用实践235

7.4.1 重庆马桑溪长江大桥235

7.4.2 马桑溪长江大桥健康监测系统236

7.4.3 荷载效应的提取及其演变规律分析237

7.4.4 马桑溪大桥健康监测信息最大Lyapunov指数分析242

7.4.5 基于最大Lyapunov指数谱的桥梁结构抗力状态辨识研究243

7.4.6 马桑溪大桥健康监测信息关联维数分析245

7.5 本章小结246

参考文献247

第8章 钢筋混凝土索塔裂缝产生机理及监测评估理论和技术248

8.1 高大索塔裂缝成因分析248

8.1.1 悬索桥塔柱结构材料及形式248

8.1.2 悬索桥塔柱受力特性及安全影响因素分析250

8.1.3 悬索桥塔柱裂缝成因分析250

8.1.4 斜拉桥塔柱裂缝成因分析252

8.1.5 小结257

8.2 基于分形损伤与断裂的裂缝机理研究257

8.2.1 分形损伤力学的概述257

8.2.2 分形与断裂概述265

8.2.3 裂缝深度求解方法研究270

8.2.4 小结276

8.3 高大索塔裂缝监测评估指标体系与安全性评估276

8.3.1 评估体系277

8.3.2 塔柱钢筋混凝土裂缝信息285

8.3.3 应用实践287

8.3.4 小结313

参考文献313

索引315