基于GIS的桥梁健康监测与安全评估研究

论文题目: 基于GIS的桥梁健康监测与安全评估研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 防灾减灾工程及防护工程

作者: 刘石

导师: 王修信

关键词: 健康监测,专题分析,损伤识别,神经网络,层次分析法,变权综合,安全评估

文献来源: 东南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 桥梁等大型工程结构的健康监测、损伤检测及安全评估是目前国内外研究的热点问题,随着许多新技术如计算机技术、3S技术(全球定位系统、地理信息系统、遥感技术)、自动控制技术(人工神经网络)、无限传输技术的飞速发展,振动测试手段精度的不断提高,在土木工程领域融入新技术新方法具有更为现实的意义。本文继续本课题组“基于GIS的大型土木工程健康监测研究”的工作,以香港青马大桥为实例,编制了一个具有GIS(地理信息系统)特有功能的健康监测及损伤检测系统程序,使用RBF神经网络进行青马桥的损伤识别,对青马桥的主要监测项目进行了评估。本文首先概述了桥梁使用现状,国内外桥梁健康监测系统以及地理信息系统研究状况,介绍了本文的研究目的及意义和研究工作。接着分析了健康监测系统(BHMSES,Bridge Health Monitoring & Safety Evaluation System)的开发方法,开发工具及地理信息系统在其中实现的功能,提出了系统的数据结构,并以青马大桥为研究对象,编制了相关的程序模块,主要实现将地理信息与属性信息相结合从而使各类信息可视化,利用地理信息系统特有专题分析功能将数据以统计图形式标注于地图上,令分析更为直接清晰。使用人工神经网络进行青马大桥损伤检测研究,本文使用损伤前后频率信息和部分关键点的模态信息构造损伤指标训练RBF网络,对损伤位置和损伤程度的识别都取得了良好的精度,对未知损伤类别也具有一定的自学习能力。最后本文指出了桥梁安全评估的现状,综合了适用于大型桥梁的评估方法,用层次分析法求得桥梁构件权重,用变权综合的方法使得个别构件存在重大缺陷时能够在总体评价中体现出来,以青马大桥为例,通过计算机模拟损伤,进行了索力、索塔、加劲梁三个项目的评估。

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摘要

Abstract

中文摘要

英文摘要

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 研究的目的与意义

1.2.1 GIS 技术对结构健康监测和安全评估系统的支持作用

1.2.1.1 地理信息系统的特征

1.2.1.2 应用地理信息技术的意义

1.3 桥梁结构健康监测系统研究现状及发展

1.3.1 国内外桥梁监测系统简介

1.3.2 国内外对GIS 的已有研究及应用

1.3.3 桥梁综合监测的发展方向

1.4 本文的主要研究内容

第二章 桥梁健康监测系统的构建

2.1 桥梁健康监测系统的概念

2.1.1 桥梁健康监测系统的意义

2.1.2 桥梁健康监测系统的一般功能

2.2 GIS 的开发工具的选用

2.3 系统开发工具

2.4 数据和数据库的设计

2.4.1 桥梁基本属性信息数据的设计原则

2.4.2 桥梁基本属性信息数据设计

2.4.3 数据库设计

2.5 桥梁健康监测系统功能

第三章 桥梁健康监测系统应用

3.1 桥梁健康监测系统概述

3.2 桥梁健康监测系统功能的程序设计及实现

3.2.1 地图信息

3.2.2 视图管理

3.2.3 地图量算

3.2.4 属性信息

3.2.4.1 信息的查询

3.2.4.2 信息的修改

3.2.5 数据的存储

3.2.6 单个桥梁的健康监测

3.2.6.1 结构动态特性显示

3.2.6.2 图层控制

3.2.6.3 查询信息

3.2.6.4 查询传感器数据

3.2.6.5 专题图

3.2.6.6 高级查询

第四章 桥梁安全评估基础

4.1 安全评估概念及意义

4.2 国内外研究现状及评估方法

4.3 基本理论和方法

4.3.1 层次分析法（AHP）

4.3.2 变权综合方法

4.3.3 神经网络用于损伤识别的基本原理及研究现状

4.3.4 评估指标的非线性无量纲化处理

4.3.5 灰色关联度法

第五章 桥梁安全评估－青马桥实例分析

5.1 青马大桥简介

5.2 安全评估策略

5.2.1 悬索桥受力特点

5.2.2 桥梁状态退化的主要原因

5.2.3 青马桥的评估模型

5.2.4 评价指标的评分标准

5.3 青马大桥的有限元模型

5.4 青马大桥的静力分析

5.4.1 计算荷载

5.4.2 弹性分析

5.4.3 弹塑性分析

5.5 基于RBF 神经网络的桥梁损伤识别

5.5.1 网络输入参数的选择

5.5.2 建立神经网络训练及测试样本

5.5.3 RBF 神经网络的训练与损伤识别

5.6 青马大桥的安全评估

5.6.1 索力评估

5.6.2 索塔评估

5.6.3 加劲梁评估

第六章 结语

6.1 本文主要工作及结论

6.2 有待进一步解决的问题

致谢

参考文献

发布时间: 2007-06-11

参考文献

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