自锚式悬索桥长期健康监测若干问题研究

论文摘要

为了确保桥梁结构安全,为桥梁的养护和管理提供必要的信息,也为了桥梁的研究与发展积累实际的资料与数据,近年来许多国内外桥梁相继建立了桥梁结构健康监测系统。本文以佛山平胜大桥长期健康监测系统为工程背景,对系统的若干问题进行了研究和分析,主要完成工作如下:（1）利用通用有限元软件ansys建立了平胜大桥有限元模型,进行了平胜大桥动力特性计算分析。（2）以二重结构编码遗传算法为主要理论依据编制了优化程序PS-ldg,此程序能够有效的解决遗传算法优化过程中传感器数量固定的约束问题,使优化布置能够满足工程的实际要求。（3）利用程序PS-ldg对平胜大桥传感器的布设进行优化计算,最终确定了平胜大桥振动传感器和应变传感器的布设位置,使用传感器达到较高的监测效率并能有效反映桥梁的健康状况,为佛山平胜大桥长期健康监测系统的实施解决了关键问题。（4）利用ansys有限元模型,分析大桥主跨跨中、主塔以及大桥主梁各截面,在正常使用极限状态下的位移值与应变值。综合考虑温度变化和风荷载对大桥的影响,完成安全预警阀值的确定。（5）分析各类传感器的工作原理,观察标定时各数据的变化规律,完成各传感器零值的标定。（6）通过对国内外生产、销售可用于土木工程结构监测、检测设备的调研,完成了平胜大桥健康监测系统各硬件的选型与系统设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 桥梁结构长期健康监测的概念
• 1.2 大型桥梁健康监测的必要性
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 桥梁健康监测的关键问题
• 1.5 本文研究的目的和意义
• 1.6 本文的主要内容
• 第二章 桥梁结构健康监测组成框架
• 2.1 系统组成
• 2.1.1 传感系统
• 2.1.2 数据采集与传输系统
• 2.1.3 数据处理与控制系统
• 2.1.4 结构健康状况评价系统
• 2.2 系统设计准则
• 2.2.1 功能要求
• 2.2.2 效益与成本分析
• 2.3 监测项目的确定
• 2.3.1 环境监测
• 2.3.2 整体结构性能监测
• 2.3.3 局部结构性能监测
• 2.4 本章小结
• 第三章 传感器的优化布置
• 3.1 传感器优化布置的概念
• 3.2 遗传算法简介
• 3.2.1 遗传算法的起源
• 3.2.2 遗传算法的基本概念
• 3.2.3 遗传算法与传统优化方法比较
• 3.2.4 遗传算法的设计及基本流程
• 3.2.5 遗传算法的应用及存在问题
• 3.3 二重结构编码遗传算法
• 3.3.1 二重结构编码遗传算法的编码
• 3.3.2 二重结构编码遗传算法的算子及适应度函数
• 3.4 平胜大桥的测点优化布置
• 3.4.1 桥梁概况
• 3.4.2 平胜大桥有限元模型
• 3.4.3 振动模态分析
• 3.4.4 平胜大桥加速度传感器的优化布设
• 3.4.5 平胜大桥应变传感器的优化布置
• 3.4.6 其它类型传感器布置
• 3.5 本章小结
• 第四章 安全预警系统阀值研究
• 4.1 安全预警系统的概念及意义
• 4.2 平胜大桥安全预警阀值初步计算
• 4.2.1 GPS 位移监测预警阀值计算
• 4.2.2 主梁应变监测预警阀值计算
• 4.2.3 温度对各结构的影响
• 4.3 安全预警阀值的设定
• 4.4 传感器零值标定
• 4.4.1 光纤光栅传感器的标定
• 4.4.2 GPS 位移传感器标定
• 4.5 本章小结
• 第五章 平胜大桥健康监测系统
• 5.1 监测系统硬件设计
• 5.1.1 结构应变及温度监测子系统
• 5.1.2 振动监测子系统
• 5.1.3 结构变形监测子系统
• 5.1.4 风速风向监测子系统
• 5.1.5 环境温湿度监测子系统
• 5.1.6 视频及动态称重子系统
• 5.2 监测系统软件设计
• 5.2.1 数据采集与处理系统
• 5.2.2 远程监测与预警系统
• 5.3 监测数据分析
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 一.本文的主要工作及研究成果
• 二.今后应进一步做的工作
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A