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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D2 223

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