涪陵乌江二桥健康监测传感器优化布置研究

论文摘要

桥梁设计理论和施工技术的不断进步使得桥梁跨度不断有新的突破,结构形式也日趋复杂,作为生命线工程中的桥梁健康监测工作显得尤为必要和迫切。传感器系统是桥梁结构健康监测系统的重要组成部分,传感器优化布设作为目前桥梁健康监测的一个研究热点。本文以涪陵乌江二桥为工程背景,以乌江二桥健康监测系统为研究对象,重点探讨了其健康监测系统中关键子系统—传感器系统的优化布置。首先,建立全桥有限元模型对结构进行静力分析,并基于此模型分析了结构在典型荷载作用下的主要静力响应,找到结构的关键部位。以结构分析结果为主要依据参考类似桥梁的运营服役情况,得出该桥位移、应力、索力及温度的传感器布置方案。其次,采用Ansys有限元软件建立空间板壳模型,对整体结构进行了模态分析,按照模态动能法最初理论找出全桥各阶振型下振幅极值点的位置,结合类似桥梁的监测经验,确定出该桥的动力传感器布置方案。最后,汇总全桥监测项目包括静力响应、环境监测、动力响应以及相应布置位置,结合目前传感器的发展水平,确定出适合本桥的传感器类型。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 桥梁健康监测研究的现状
• 1.1.1 桥梁健康监测系统构成
• 1.1.2 桥梁健康监测国内外发展概况
• 1.1.3 桥梁健康监测必要性与迫切性
• 1.2 传感器选择及其布置优化
• 1.2.1 传感器系统
• 1.2.2 传感器布置的原则
• 1.3 本文主要研究内容
• 1.3.1 本文研究的目的和意义
• 1.3.2 本文研究的主要内容
• 第二章 斜拉桥健康监测相关内容
• 2.1 桥梁健康监测系统监测项目
• 2.1.1 监测项目的设计准则
• 2.1.2 桥梁远程监测测点布置原则
• 2.1.3 常见监测桥型的监测部位及监测内容
• 2.1.4 桥梁结构状态参数监测的主要内容和传感器的确定
• 2.2 斜拉桥健康监测的内容
• 2.2.1 大跨桥梁监测项目的选择因素
• 2.2.2 大跨斜拉桥的主要监测项目
• 2.2.3 大跨斜拉桥健康监测的等级
• 2.3 斜拉桥传感器布置的相关内容
• 2.3.1 传感器测点优化
• 2.3.2 传感器选型原则
• 2.3.3 传感器布置的主要依据
• 2.4 本章小结
• 第三章 乌江二桥静力特性分析及传感器优化布置
• 3.1 乌江二桥健康监测传感器布置概述
• 3.2 乌江二桥工程概况
• 3.2.1 概况
• 3.2.2 技术标准
• 3.2.3 主要材料
• 3.3 静力分析有限元模型的建立
• 3.3.1 计算荷载及结构参数
• 3.3.2 结构有限元模型
• 3.4 乌江二桥静力传感器优化布置
• 3.4.1 位移传感器优化布置
• 3.4.2 应力传感器优化布置
• 3.4.3 索力传感器优化布置
• 3.4.4 温度传感器优化布置
• 3.5 本章小结
• 第四章 乌江二桥动力特性分析及传感器优化布置
• 4.1 大跨度斜拉桥动力特性分析
• 4.1.1 大跨度斜拉桥动力特性的特点
• 4.1.2 大跨斜拉桥动力行为方面的特殊性
• 4.2 斜拉桥动力特性有限元模型的实现
• 4.2.1 斜拉桥有限元计算方法
• 4.2.2 斜拉桥动力分析中常用的模型
• 4.3 动力计算有限元模型的建立
• 4.3.1 乌江二桥有限元模型所采用的单元简介
• 4.3.2 乌江二桥空间有限元模型
• 4.4 自振特性分析计算
• 4.4.1 自振特性分析原理
• 4.4.2 自振特性计算结果
• 4.5 乌江二桥振动传感器优化布置
• 4.5.1 动力加速度传感器优化布置
• 4.5.2 乌江二桥振动传感器的布置
• 4.6 本章小结
• 第五章 乌江二桥健康监测传感器系统组成
• 5.1 大跨度斜拉桥健康监测系统的设计概要
• 5.2 乌江二桥传感器监测系统的组成
• 5.2.1 监测项目汇总
• 5.2.2 传感器的选择
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 取得的主要成果
• 6.2 后需研究工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果