随机车载和风荷载联合作用的基于压电陶瓷的大跨斜拉桥拉索腐蚀疲劳损伤诊断

The cable are the main force components of the large span cable-stayed bridge, which has extremely important implications on its service life and operational status of the security status of cable-stayed bridge, how to diagnose the damage of corrosion fatigue of the cable to ensure the safe use of the bridge is very important. .Because of the specialty and complexity of engineering structure/material damage, the conventional bridge monitoring system can't completely identify structural damage automatically and assess safety of structure. This project mainly identify the damage of corrosion fatigue of cable of large span cable-stayed bridge from the piezoelectric sensor dynamic signal acquisition and transmission system, the damage diagnosis theory of cable to the damage diagnosis system integration of cable-stayed bridge. According to the research, the damage diagnosis of corrosion fatigue of cable will be established based on piezoelectric sensing technology. The structural damage diagnostic tests of cable will be carried on using dynamic signal acquisition and transmission system..This project has strong innovation and application value, which will greatly improve the safety of long-span cable-stayed bridge in our country.

拉索作为大跨斜拉桥的主要构件，对斜拉桥的使用寿命和运营状态有着重要影响，因此，如何诊断拉索腐蚀疲劳损伤，以保证该桥的安全使用是十分重要的。.由于工程结构/材料损伤的特殊和复杂性，常规的桥梁监测系统还不能完全实现自动实时识别结构损伤和进行安全性评定。据此，本项目主要基于压电传感对大跨斜拉桥结构随机车载和风荷载作用下的拉索进行腐蚀疲劳损伤诊断来解决此问题。本项目的主要特点是：（1）从“压电传感动态信号采集与传输系统--桥梁结构拉索腐蚀疲劳损伤的损伤诊断理论—桥梁结构拉索腐蚀疲劳损伤自动诊断系统的集成与试验”三方面非常系统的研究大跨度斜拉桥的拉索腐蚀疲劳损伤识别问题；（2）创新地建立基于压电无线数传技术的斜拉桥结构拉索腐蚀疲劳损伤诊断理论；（3）完成大跨度斜拉桥拉索腐蚀疲劳的损伤诊断试验。.本项目具有较强的创新性和应用价值，它的研究成功将会大大提高我国大跨斜拉桥的安全保障能力。

本项目属于土木工程学科、材料科学和计算机学科交叉的前沿研究领域。.拉索作为大跨斜拉桥的主要构件，对斜拉桥的使用寿命和运营状态有着重要影响，因此，如何诊断拉索腐蚀疲劳损伤，以保证该桥的安全使用是十分重要的。由于工程结构/材料损伤的特殊和复杂性，常规的桥梁监测系统还不能完全实现自动实时识别结构损伤和进行安全性评定。据此，本项目主要基于压电传感对大跨斜拉桥结构随机车载和风荷载作用下的拉索进行腐蚀疲劳损伤诊断来解决此问题。.本项目创建了基于随机车载和风荷载联合作用的基于压电陶瓷的大跨斜拉桥拉索腐蚀疲劳损伤诊断的关键技术，解决了如何实时对运营过程中的斜拉索进行损伤诊断的难题。它包括：（1）斜拉索损伤诊断理论：研究了钢丝在不同锈蚀程度下抗力的变化规律和计算方法、大跨度斜拉桥索梁锚固结构应力分析、三维覆冰斜拉索风致振动驰振分析，编制风-车-桥动力响应分析程序，建立了拉索在随机车载-风载联合作用下腐蚀疲劳的结构状态评定和剩余使用寿命分析方法。（2）压电传感器设计与制作：研究了适用于斜拉桥拉索振动信号采集的压电传感器对斜拉桥拉索进行传感器的优化设置，并集成斜拉桥拉索多点振动信号同步采集系统，完成了由压电传感系统、数据库及其管理系统，斜拉桥拉索工作状态智能监测系统、拉索腐蚀疲劳损伤诊断系统、拉索实时安全评定系统和人机交互界面组成的实时跟踪系统的集成。（3）损伤诊断实验研究：研究了桥梁挠度监测中温度效应分离技术、基于动静载试验的北斗桥梁监测系统应用数据分析、随机风载和动静载作用下基于北斗和小波包分析的结构损伤诊断理论，建立拉索中的腐蚀钢丝和未腐蚀钢丝的应力-应变关系，研究腐蚀斜拉索腐蚀疲劳损伤变化规律等。它可有效的对大跨度斜拉桥斜拉索进行实时损伤诊断，保证大桥满足正常使用和安全的要求。此关键技术申请了多项国家发明专利授权，项目的研究成果被应用到武汉白沙洲斜拉桥工程。