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太平庄大桥结构健康监测系统研究及应用

作　者: 毛成林
导　师: 张奔牛
学　校: 重庆交通大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 桥梁健康监测太平庄大桥裂缝监测挠度监测应变监测
分类号: U446.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

桥梁结构作为现代交通系统的重要基础,其安全与健康不仅关系着国家的社会、政治、经济、国防等各项事业的健康有序发展,而且也直接影响着人民的生命、财产安全。然而,桥梁结构运营期间的安全与健康受到周围环境、地质活动、材料老化、超负荷荷载、不适当管理与维护及匮乏的监测和检测技术等因素的严重影响。近年来,国内外桥梁垮塌事故屡见不鲜,桥梁结构的安全运营问题,引起了各国政府、媒体和社会的高度关注。桥梁结构健康监测是指利用安装于桥梁结构上的传感器对桥梁结构裂缝、挠度、应变、动力特性等结构动、静力行为,以及对风荷载、温度、车辆活载等环境参数的实时监测,通过对监测数据的综合分析实现对桥梁结构承载能力、营运能力、耐久能力的评估和判断,为桥梁结构的运营、养护和管理提供科学、可靠、有效的依据。因此,在桥梁结构上安装健康监测系统对桥梁结构进行长期监测,对确保桥梁结构运营期间的安全与健康有极其重要的作用和意义。自上世纪80年起,世界各国陆续设计与安装了不同规模和种类的桥梁健康监测系统,对桥梁结构进行实时健康监测,以确保桥梁结构的安全与健康,同时,桥梁结构健康监测的研究也逐渐成为国内外桥梁学术界与工程界的研究重点和热点。针对以往桥梁结构健康监测技术存在成本高、监测手段单一、不能实时、在线和远程监测等方面的不足,研发了一套较为完备的桥梁结构健康监测系统,并安装应用于渝黔高速公路太平庄大桥的工程实践当中,实现对该桥梁结构健康状况的长期、远程、实时、在线、自动监测。在太平庄大桥健康监测系统的设计与研究过程中,对系统的多种技术进行了改进研究。首先,对机敏网仿生裂缝监测阵列进行了改进研究;其次,对基于准直点激光投射式挠度监测系统的点激光发射器进行了改进研究;最后,研究与开发了能够实现对系统中传感器件的工作状态进行智能控制的电源管理器。通过相关技术的改进与研究,提升了健康监测系统的稳定性、可靠性以及工程应用能力。本文研究内容主要为以下几个方面:(1)分析桥梁健康监测发展现状及存在的问题;(2)分析与介绍重庆交通大学健康监测系统的基本技术;(3)阐述太平庄健康监测系统相关技术的改进研究工作;(4)阐述太平庄大桥健康监测系统施工安装;(5)分析太平庄大桥长期监测情况。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-26
  1.1 桥梁健康监测概述  8-10
    1.1.1 桥梁健康监测的概念  8-9
    1.1.2 桥梁健康监测的必要性  9-10
    1.1.3 桥梁健康监测的意义  10
  1.2 桥梁健康监测研究现状  10-23
    1.2.1 桥梁健康监测系统设计原则  11-12
    1.2.2 桥梁健康监测项目  12-13
    1.2.3 桥梁健康监测方法  13-19
    1.2.4 桥梁健康监测的数据采集与传输  19-21
    1.2.5 桥梁健康状态评估与寿命预测  21-23
  1.3 桥梁健康监测存在问题  23
  1.4 论文研究内容  23-26
    1.4.1 论文研究目的和意义  23-24
    1.4.2 论文研究内容  24-26
第二章太平庄大桥健康监测系统基本技术  26-40
  2.1 机敏网仿生裂缝监测系统  26-31
    2.1.1 机敏网仿生裂缝监测系统功能  26-27
    2.1.2 机敏网仿生裂缝监测系统原理  27
    2.1.3 机敏网仿生裂缝监测系统组成  27-31
    2.1.4 机敏网仿生裂缝监测系统参数  31
  2.2 准直点激光投射式挠度监测系统  31-35
    2.2.1 准直点激光投射式挠度监测系统功能  31-32
    2.2.2 准直点激光投射式挠度监测系统原理  32
    2.2.3 准直点激光投射式挠度监测系统组成  32-34
    2.2.4 准直点激光投射式挠度监测系统特点  34-35
  2.3 振弦式应变监测系统  35-36
    2.3.1 振弦式应变监测系统原理  35
    2.3.2 振弦式应变监测系统组成  35-36
  2.4 温度监测技术  36-37
    2.4.1 温度监测系统功能  36-37
    2.4.2 温度监测系统组成  37
  2.5 控制与数据管理系统  37-38
    2.5.1 控制与数据管理系统功能  37-38
    2.5.2 控制与数据管理系统组成  38
  2.6 本章小结  38-40
第三章太平庄大桥健康监测系统部分技术的改进与研究  40-48
  3.1 机敏网仿生裂缝监测系统改进研究  40-44
    3.1.1 前期机敏网仿生裂缝监测技术存在的问题  40-42
    3.1.2 前期机敏网仿生裂缝监测阵列的改进研究  42-43
    3.1.3 改进后的机敏网仿生裂缝监测阵列  43-44
  3.2 准直点激光投射式挠度监测系统改进研究  44-45
    3.2.1 前期准直点激光投射式挠度监测技术存在的问题  44-45
    3.2.2 前期点激光发射器结构改进研究  45
  3.3 电源管理器研究  45-47
    3.3.1 电源管理的研发背景  45-46
    3.3.2 电源管理器功能  46
    3.3.3 电源管理器的研究和设计  46-47
  3.4 本章小结  47-48
第四章太平庄大桥健康监测系统的整体设计  48-66
  4.1 太平庄大桥工况概述  48-49
  4.2 太平庄大桥健康监测系统的硬件设计  49-58
    4.2.1 机敏网仿生裂缝监测系统设计  50-51
    4.2.2 基于准直点激光投射式挠度监测系统设计  51-53
    4.2.3 振弦式应变监测系统设计  53-55
    4.2.4 温度监测系统设计  55-57
    4.2.5 控制与数据管理硬件系统研究及设计  57-58
  4.3 健康监测系统软件设计  58-65
    4.3.1 太平庄大桥健康监测系统软件功能  59-60
    4.3.2 太平庄大桥健康监测系统专用软件设计  60-65
  4.4 本章小结  65-66
第五章太平庄大桥健康监测系统施工安装  66-72
  5.1 施工方案  66-67
    5.1.1 安装前检测  66
    5.1.2 实施安装  66
    5.1.3 施工组织与管理  66-67
  5.2 各系统施工安装  67-71
    5.2.1 裂缝监测系统施工安装  67-68
    5.2.2 挠度监测系统施工安装  68-69
    5.2.3 应变监测系统施工安装  69-70
    5.2.4 温度监测系统施工安装  70
    5.2.5 控制与数据管理系统施工安装  70-71
  5.3 本章小结  71-72
第六章太平庄大桥长期监测情况  72-75
  6.1 裂缝监测结论与分析  72-73
  6.2 挠度监测结论与分析  73
  6.3 应变监测结论与分析  73-74
  6.4 本章小结  74-75
第七章结论与展望  75-78
  7.1 太平庄大桥健康监测系统长期监测总结  75-76
  7.2 太平庄大桥健康监测系统研究总结  76-78
致谢  78-79
参考文献  79-84
学术成果  84

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