本文针对桥梁健康监测和结构评估的发展现状,结合“杭州市钱江四桥(复兴大桥)实时监测系统”项目,对复杂桥梁结构综合监测系统的建立作了具体的研究,并对目前桥梁健康监测的相关问题,如动力模型修正、测点优化布设、结构综合评估与预测等进行了深入的探讨,提出一系列新的方法和研究。 在总结了桥梁监测系统的已有成果的基础上,本文提出了“3个主体模块(桥梁本体、数据库、监控中心)+3个功能模块(监测子系统、诊断子系统和评估管理子系统)”的综合健康监测系统的架构。对系统的设计要点如项目确定、传感器选择、数据采集与通讯等作了详细论述。并以此为指导建立了“钱江四桥实时监测系统”。系统实施过程中成功地解决了实时通讯、信号抗干扰、数据接口、远程结果可视化等技术问题。 本文建立了钱江四桥190m主跨的精细有限元模型和简化模型,并进行了结构动力特性分析。采用基于参数灵敏度的线性迭代法对有限元模型进行修正。该方法从引起模型误差的因素出发,将灵敏度的概念贯穿于结构模型修正过程中的误差分析、参数选取、修正量计算、收敛性判断等阶段。算例表明该方法的修正效果好,收敛速度快,使结构动力模型修正具有了明确的物理意义,是一种适用于工程实际的有效方法。修正后的结构动力模型与目标模型之间误差很小,为桥梁健康监测后期的结构损伤识别和健康诊断打下良好的基础。 本文对基于MAC法和EI法的测点优化布设进行了详细的研究,对这些方法存在的问题和局限性进行了剖析,如方法稳定性较差、易陷入局部最优等。指出在进行复杂结构的动力测点优化布设时,应进行测点自由度优化和模态振型分类。论文提出了一种基于自由度修正和模态特性的改进的测点优化方法,以钱江四桥190m跨主拱动力测点优化为例,对该方法进行验证,所得方案用多种标准进行评价的结果都较好,既能保证测量振型向量的正交性,又能保证测试结果对识别参数的准确估计,并且有较强的抗噪声能力,是一种适合复杂桥梁结构的较为理想的优化布点方法。 最后,结合国内外桥梁评估领域的最新研究,对基于层次分析的综合评估方