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文献速读 J. Intell. Constr. ：基于监测数据的悬索桥结构刚度评估  题目 Structural stiffness evaluation of suspension bridge based on monitoring data 基于监测数据的悬索桥结构刚度评估 关键词 桥梁工程；悬索桥；结构刚度评估；监测数据；有限元模型 来源 出版年份：2023年 来源：Journal of Intelligent Construction 第一作者：西南交通大学土木工程学院Xu Wencheng 研究背景 悬索桥作为一类常见桥梁结构，其主要承重部件为悬挂和锚固在桥两端或两侧主塔上的缆索。该桥梁结构跨越能力强，且造型美观优雅。然而，由于其结构自身刚度低，悬索桥容易受车辆荷载、风荷载、地震效应和温度变化等因素干扰，影响桥梁正常运行。因此，在悬索桥运行阶段进行整体刚度评估对确保桥梁安全运行至关重要。对于具有空间索系系统的悬索桥，主梁集中荷载下结构整体变形是非线性的。因此，基于线性弹性的计算理论无法满足精度要求。目前，悬索桥索形计算方法主要包括数值方法、有限元方法及两者结合。挠度理论作为最经典的数值计算方法，已被广泛用于早期悬索桥初步设计。挠度理论已发展为一个相对完善的理论体系，并通过推导基本方程得到解析解。然而，为了便于计算，挠度理论在实际工程中常忽略非线性项，存在一定局限性。随着计算机计算能力不断提高，通过改进刚度矩阵和梁元素类型，有限元方法的精度和适用性显著提高。 研究出发点 现阶段桥梁刚度计算方法涵盖了数值方法、有限元方法以及两者混合应用，但仍缺乏独立使用有限元方法评估悬索桥整体刚度的案例。因此，亟需进行更深入研究以提升和优化桥梁刚度评估方法。此外，环境因素（车辆荷载、风荷载、地震效应和温度变化等）对刚度的影响也有待进一步研究。 研究内容 为弥补上述不足，本文以某海上大跨度悬索桥为例，探讨评估悬索桥结构刚度的不同方法。本文建立了一个三维有限元模型，并在关键位置提取影响线；基于全球定位系统（GPS）变形监测数据，分析了不同时间窗口下垂直变形和环境温度数据的拟合精度；对车辆荷载引起的桥梁变形最值空间分布进行统计分析。结果表明：悬索桥中跨处的位移极值系数最大；测得的位移包络曲线在理论包络曲线内，表明桥梁整体刚度性能良好。本研究方法准确评估了悬索桥的整体结构刚度，为保障桥梁安全运营提供了强有力支持。  图1 悬索桥加劲梁GPS布置位置示意  图2悬索桥温湿度传感器布置位置示意  图3 悬索桥整体有限元模型  图4 不同位置影响线：（a）主跨1/4加劲梁；（b）主跨中跨加劲梁；（c）主跨3/4加劲梁；（d）边跨中跨加劲梁  图5 GPS位移极值的概率分布统计  图6 GPS监测点实测位移和理论位移极值包络图  图7 GPS监测点位移极值系数 主要结论 本文选取某座大型跨海悬索桥作为研究案例，建立了一个三维有限元模型分析关键位置的影响，并根据GPS监测数据，研究了在不同时间窗口下的垂直变形和环境温度；进一步研究了由于车辆荷载引起的桥梁变形极值分布。结果表明：悬索桥车辆荷载位移极值主要出现在主缆的1/2和1/4处，这与理论规律一致；悬索桥主跨中部和边跨的位移极值系数相较于其他位置较大；测量的位移极值包络图在理论极值包络图范围内，且位移极值系数较小，低于经验系数，由此可以确定桥梁整体刚度性能良好。在未来研究中，通过增加GPS监测点数量并完成不完整监测项数据，可显著提高结构刚度整体评估准确性，有助于优化桥梁监测点的布置。 |
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