智能FRP斜拉桥及其健康监测Benchmark系统设计方法研究

论文摘要

桥梁结构是生命线系统工程中至关重要的组成部分,其正常的服役状态关系到我国的经济发展和民生问题,但混凝土和钢材的腐蚀问题是困扰公路桥梁结构的一大难题。FRP（Fiber Reinforced Plastic）因其具有轻质、高强、耐锈蚀、减振性好等特点,成为解决桥梁结构腐蚀问题的有效途径。深入系统地研究新型FRP桥梁体系及其长期服役性能具有重要学术意义和工程应用价值的。FRP桥梁结构的研究历史较短,而有关其长期服役性能是广泛应用的关键问题。本文研究FRP模型桥梁及其健康监测系统设计方法,为进一步通过长期监测揭示其长期服役性能奠定基础。本文的主要研究内容包括:首先,建立一钢独塔斜拉桥的有限元模型,分析其静动力特性;在此基础上,根据FRP桥梁与钢桥梁材料特性的不同,提出相似比的复合物理指标,即构件截面刚度。其次,提出外部轮廓严格相似、构件截面按照复合物理指标相似（即刚度等效原则）的FRP模型桥梁设计方法,并对FRP筋-混凝土塔、FRP箱形主梁和FRP索截面和配筋进行设计;建立FRP模型桥梁有限元模型,对其静动力特性进行分析。最后,根据有限元模型分析结果,设计了FRP模型桥梁结构智能健康监测系统。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 FRP 结构的国内外研究现状及分析
• 1.2.1 FRP 材料类型及其成型工艺的研究
• 1.2.2 FRP 应用于桥梁翻新和加固
• 1.2.3 FRP 应用于桥面板系结构的研究
• 1.2.4 FRP 用于拉索方面的研究
• 1.3 FRP 斜拉桥的发展及应用现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 模型试验与相似理论基础
• 2.1 引言
• 2.2 结构模型试验
• 2.2.1 模型试验历史
• 2.2.2 模型试验分类
• 2.2.3 模型试验展望
• 2.2.4 分析模型和物理模型的关系
• 2.3 相似理论基础
• 2.3.1 相似
• 2.3.2 相似比
• 2.3.3 基本相似常数与相似判据
• 2.4 相似定理
• 2.4.1 相似第一定理
• 2.4.2 相似第二定理
• 2.4.3 相似第三定理
• 2.4.4 相似定理的判别性
• 2.5 量纲分析
• 2.5.1 量纲及其分类
• 2.5.2 量纲和谐原理
• 2.5.3 量纲分析法
• 2.5.4 量纲分析的局限性
• 2.6 本章小结
• 第3章 某桥梁结构有限元建模与分析
• 3.1 引言
• 3.2 某桥梁概况
• 3.2.1 孔跨布置
• 3.2.2 结构信息
• 3.3 MIDAS 简介
• 3.4 某桥结构的有限元模型
• 3.5 原型桥梁静力分析
• 3.5.1 索力调整计算
• 3.5.2 成桥状态的分析结果
• 3.6 原型桥梁动力特性分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 FRP桥梁模型设计方法研究
• 4.1 引言
• 4.2 基于复合物理量相似的设计方法研究
• 4.2.1 白金汉（1914）相似π定理
• 4.2.2 复合物理量的相似实现
• 4.3 模型桥梁设计
• 4.3.1 几何缩尺比的选择
• 4.3.2 基于刚度特征等效的截面设计
• 4.3.3 主塔的配筋设计
• 4.4 恒载补偿设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 FRP斜拉桥模型的有限元建模及健康监测Benchmark 系统设计
• 5.1 引言
• 5.2 模型桥梁有限元模型及分析
• 5.2.1 模型桥梁有限元模型
• 5.2.2 模型桥梁静力分析
• 5.2.3 模型桥梁动力特性
• 5.3 结构对比分析
• 5.4 模型的健康监测系统
• 5.4.1 功能及目标
• 5.4.2 总体设计方案
• 5.4.3 传感器子系统设计
• 5.4.4 其他子系统
• 5.5 模型制作
• 5.5.1 基础—桥塔施工
• 5.5.2 梁段拉挤及光栅植入
• 5.5.3 索体拉挤及光栅植入
• 5.5.4 全桥装配方案
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢