古桥结构体系及石拱桥的分析、监测评估与保护

论文摘要

古代桥梁体现了我国文化的内涵和特点,表现出劳动人民的精神意志和智慧力量,它也是各个历史时期社会生产力和科技发展水平的典型标本。但随着当今社会的快速发展,古桥的保护与现代化的建设会出现一定的矛盾。为了传承和保护这一桥文化资源,本文梳理了我国古桥的历史发展历程,从材料、结构受力型式、线形、建造方式等不同方面综合归纳现存古桥的类型,并以其中保存最多的中国古石拱桥为研究对象,借鉴现代桥梁的分析与监测技术对古石拱桥进行了分析,同时基于物联网对其进行监测系统的概念设计及模糊综合层析评估,为古桥的保护工作提供依据。具体展开的研究工作有：(1)论述了拱的力学发展史,梳理了经典弹性中心法计算拱圈的过程。运用通用数值分析软件ANSYS,考虑了填料、拱墙与拱圈等不同材料性能,建立整体模型。结果表明,各工况下结构整体基本受压,但局部应力集中处的应力值接近或超过接缝砂浆(填充材料)的容许强度,需采取适当措施,增加砂浆强度。(2)首次将物联网的概念引入古石拱桥的监测系统设计中,实现针对古石拱桥远程实时监控和保护。并以一典型的古石拱桥为例,给出了监测项目和布置方案,讨论了各采集单元的组成及数据采集传输与存储方式等,为古桥的监测、评估与保护提供强有力的数字化平台,给出了一种全新的文物保护管理新模式。(3)根据中国古桥的自身特色,从结构状况、使用状况及文物价值等方面,提出不同古桥类型的综合评估指标体系。并以古石拱桥为例,以监测数据及人工检测情况,结合专家经验的不确定型判断矩阵,采用合适的模糊算子进行了模糊层次分析。(4)分析归纳了古石拱桥可能出现的表观病害和结构破坏形式,提出了针对古石拱桥的保护措施方式,主要包括结构分析、监测评估等前期工作、保护性处理及结构加固、后期环境整治与登记管理工作等,给出了一套适合古石拱桥的保护流程。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 插图清单
• 列表清单
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 古代桥梁的研究现状
• 1.2.1 古桥地域类型研究
• 1.2.2 古石拱桥力学行为研究
• 1.2.3 保护技术研究
• 1.3 其他研究现状
• 1.3.1 物联网研究现状
• 1.3.2 层次分析法研究现状
• 1.4 本文主要的研究工作
• 1.4.1 研究思路
• 1.4.2 技术路线
• 1.4.3 研究内容
• [本章参考文献]
• 2 中国古代桥梁的体系研究
• 2.1 概述
• 2.2 中国古桥发展历程
• 2.3 中国古桥术语
• 2.4 中国古桥体系划分
• 2.4.1 梁桥
• 2.4.2 拱桥
• 2.4.3 索桥
• 2.4.4 浮桥
• 2.5 中国木拱桥
• 2.5.1 木拱廊桥的现状分布
• 2.5.2 木拱廊桥的形成演变
• 2.5.3 木拱廊桥的建造技艺
• 2.6 中国石拱桥
• 2.6.1 石拱桥的形成演变
• 2.6.2 石拱桥的建造技艺
• 2.7 本章小结
• [本章参考文献]
• 3. 石拱桥空间力学性能的分析
• 3.1 概述
• 3.2 石拱桥的理论分析
• 3.2.1 拱的力学发展史
• 3.2.2 经典弹性中心法
• 3.2.3 主拱圈的其他分析方法
• 3.3 石拱桥有限元计算模型
• 3.3.1 工程背景
• 3.3.2 荷载作用及组合
• 3.3.3 有限元模型
• 3.4 有限元结果分析
• 3.4.1 静力分析
• 3.4.2 动力分析
• 3.5 本章小结
• [本章参考文献]
• 4 基于物联网的古石拱桥监测系统设计
• 4.1 概述
• 4.2 古石拱桥监测系统设计
• 4.2.1 结构健康监测的定义及分类
• 4.2.2 监测系统组成框架
• 4.2.3 监测系统设计一般步骤
• 4.3 监测参数及传感器方案
• 4.3.1 传感器选型原则
• 4.3.2 传感器类型
• 4.3.3 古石拱桥监测项目
• 4.3.4 典型古石拱桥传感器的布置方案
• 4.4 现场数据采集与传输
• 4.5 本章小结
• [本章参考文献]
• 5 基于模糊层次分析法的古桥价值评估指标体系及应用研究
• 5.1 概述
• 5.2 不同类型古桥的评估指标体系
• 5.2.1 木梁桥的评估指标体系
• 5.2.2 石梁桥的评估指标体系
• 5.2.3 木拱桥的评估指标体系
• 5.2.4 石拱桥的评估指标体系
• 5.3 模糊层次分析法在古石拱桥状态评估的应用
• 5.3.1 确定各指标权重
• 5.3.2 获取底层指标的评分值
• 5.3.3 通过隶属函数确定隶属度
• 5.3.4 计算模糊评价集
• 5.4 古石拱桥案例应用
• 5.5 本章小结
• [本章参考文献]
• 6 古石拱桥的保护措施研究
• 6.1 概述
• 6.2 古石拱桥保护的意义
• 6.2.1 创新营造技术
• 6.2.2 人文艺术价值
• 6.3 一般文物保护的原则及措施
• 6.3.1 文物保护原则
• 6.3.2 文物保护技术措施分析
• 6.4 古石拱桥常见问题及原因分析
• 6.4.1 结构破坏及原因分析
• 6.4.2 表观病害及原因分析
• 6.5 古石拱桥的保护措施研究
• 6.5.1 保护性处理方法
• 6.5.2 结构加固措施
• 6.5.3 环境整治
• 6.5.4 登记管理
• 6.6 本章小结
• [本章参考文献]
• 7 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 创新点
• 7.3 有待于进一步研究内容
• 附件一:浙江省重点文物保护单位（桥梁部分）
• 作者简历及在学期间所取得的科研成果