【博士】地鐵車站結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測研究【2008】

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內(nèi)容簡介

　　學(xué)科專業(yè)：結(jié)構(gòu)工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：北京交通大學(xué)　　學(xué)位年度： 2008年　　地鐵車站結(jié)構(gòu)在長期服役過程中，由于環(huán)境腐蝕、材料老化、荷載的長期效應(yīng)、疲勞效應(yīng)與突變效應(yīng)等災(zāi)害因素的耦合作用，將不可避免地導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷積累、抗力減小，甚至在極端情況下導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效。如果能夠?qū)Φ罔F車站結(jié)構(gòu)進行健康監(jiān)測，將會大大降低事故發(fā)生的可能性并減少事故損失。因此地鐵車站結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)將成為確保結(jié)構(gòu)安全的重要技術(shù)。本文以北京地鐵10號線地鐵車站國貿(mào)站為工程背景，對地鐵車站結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測理論進行了研究，首次建立了地鐵車站結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，并進行2年的結(jié)構(gòu)監(jiān)測。　　地鐵車站底板大多屬于大體積混凝土結(jié)構(gòu)，水泥水化產(chǎn)生大量水化熱，容易產(chǎn)生溫度裂縫。本文基于等效時間的水化熱理論，求解結(jié)構(gòu)溫度場，并將該理論應(yīng)用于地鐵車站結(jié)構(gòu)底板溫度場的仿真計算中。計算模擬溫度場與光纖光柵傳感器和振弦傳感器測試結(jié)果吻合良好。對影響混凝土內(nèi)部與外部溫差的環(huán)境溫度和板厚進行參數(shù)分析，表明溫度升高底板中部與上部溫差減小，底板中部與下部溫差增大；底板厚度增加底板中部與上部溫差以及底板中部與下部溫差都增大。　　開展了基于混凝土徐變理論的健康監(jiān)測分析。基于混凝土雙參數(shù)徐變模型分析了地鐵車站中隔板應(yīng)變?？紤]早齡期徐變計算結(jié)果與測試結(jié)果總體上更接近，不考慮早齡期徐變計算結(jié)果存在較大誤差。計算表明早齡期混凝土徐變增大了結(jié)構(gòu)拉應(yīng)變，對結(jié)構(gòu)早齡期開裂有著重要影響，結(jié)構(gòu)設(shè)計和裂縫控制需要考慮早齡期混凝土徐變的影響?；诨炷列熳傿3計算模型和繼效流動理論計算模型，分析了北京地鐵新型抗?jié)B混凝土結(jié)構(gòu)長期徐變性能，并且基于混凝土B3徐變計算模型對影響混凝土長期徐變的環(huán)境濕度、水灰比和骨料水泥比進行了參數(shù)分析。　　由于地下結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)受周圍地基土壤的約束作用顯著，其動力響應(yīng)不如地面結(jié)構(gòu)顯著，其研究尚未引起足夠重視。本文對地鐵車站通過實際監(jiān)測和理論研究，分析了地鐵列車荷載對車站結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的影響。結(jié)果顯示車振對地鐵車站結(jié)構(gòu)應(yīng)力影響較小?！　囟葘Y(jié)構(gòu)動力行為的影響是結(jié)構(gòu)動力學(xué)研究的新方向。本文在理論上推導(dǎo)了在特定邊界條件下，溫度變化對梁和板結(jié)構(gòu)固有頻率影響的方程?；贙anai．Tajimi模型和三角級數(shù)迭加法人工模擬了地震波，在人工模擬地震作用下分析了地鐵車站抗震性能。計算表明水平方向地震作用對拱腳和墻腳應(yīng)力影響較大，拱腳水平方向應(yīng)力和墻腳水平方向應(yīng)力分別為初始應(yīng)力的1．46倍和1．61倍，拱腳豎直方向應(yīng)力和墻腳豎直方向應(yīng)力分別為初始應(yīng)力的1．34倍和1．59倍；豎直方向地震作用對拱項、拱腳、中隔板跨中、底板跨中、墻腳水平方向應(yīng)力均有較大影響，對底板跨中水平方向應(yīng)力影響最大，達到初始應(yīng)力的3．30倍；對拱腳和墻腳豎直方向應(yīng)力有較大影響，最大應(yīng)力分別為初始應(yīng)力的2．78和2．72倍。同時考慮溫度因素的影響，20℃的溫度變化對地鐵車站結(jié)構(gòu)地震作用應(yīng)力影響最大達到9．6％，但應(yīng)力幅值只0．24MP。?！　∈状翁岢隽说罔F車站結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測設(shè)計方法，并結(jié)合北京地鐵10號線國貿(mào)站建立國貿(mào)站健康監(jiān)測系統(tǒng)。主要監(jiān)測結(jié)構(gòu)溫度、應(yīng)變、裂縫、徐變等。采集到大量監(jiān)測數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行了分析。光纖光柵傳感器和振弦傳感器監(jiān)測到的同一部位溫度和應(yīng)變數(shù)據(jù)吻合良好，獲得結(jié)構(gòu)受力體系變化時結(jié)構(gòu)應(yīng)變的變化，以及監(jiān)測到異常荷載。表明監(jiān)測系統(tǒng)中布設(shè)傳感器性能可靠，監(jiān)測數(shù)據(jù)可信?！　￠_發(fā)了基于OpenGL和GIS技術(shù)開發(fā)的國貿(mào)站結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)能采集、分析、管理數(shù)據(jù)；能實現(xiàn)危險狀況預(yù)警?！　?

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