基于定点摄影的钢桁-砼组合梁受力形态变化试验研究

摘要

针对桥梁经常性安全检查效率低、准确性差、缺乏量化科学依据的问题，课题组提出利用定点摄影测量方法获取桥梁结构轮廓线，通过叠差分析获取不同时期桥梁结构的形态变化，达到桥梁安全检测或长期监测的目的。本文依托重庆市自然科学基金重点项目“桥梁面相感知方法与安全评价理论研究(项目编号:cstc2012jjB0118)”，在实验室内对装配式钢桁-砼组合梁开展了基于定点摄影的试验梁受力形态变化研究。
　　本研究主要内容包括：⑴基于定点摄影变形测量的基本研究思路是:相机处于固定位置获取桥梁结构在不同时间的数字图像并进行分析，计算分离桥梁结构外轮廓线选取代表结构线形的轮廓线，与初始工况的轮廓线进行叠差，得到以像素点为单位的结构变形曲线;再依据实际尺寸和像素点的关系得到结构的变形曲线。⑵在实验室条件下对一片装配式钢桁-砼组合梁进行了0T-60T的分级静力加载试验。试验梁变形分别采用了传统的百分表位移计和摄影测量两种方案并进行了对比。⑶获取到的试验梁图像结果是透视投影图像，存在着斜摄和畸变，直接对比结构轮廓线无法得到正确的结果，针对该情况利用透视变换对试验梁数字图像进行纠正，重塑试验梁结构线形，并结合图像边缘检测获取到了各荷载工况下试验梁桥道板、钢桁架底部钢板的原始线形。⑷通过对将原始轮廓线和初始工况进行的叠差得到了以像素点为单位的各工况试验梁的的荷载位移曲线，利用桥梁外轮廓尺寸提出了一种相机标定模型以完成像素点到实际距离单位的转换。通过图像获取的试验受力变形结果与百分表测得结果进行对比分析，证明此方法在误差范围内，是可行的。⑸针对试验梁在对称加载的条件下出现了不对称变形这一现象，利用ABAQUS有限元软件对有钢桁-砼组合梁在结构未损伤和引入损伤进行精细化有限元分析，引入损伤时计算结果与和基于定点摄影获取的结果较为接近。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 桥梁安全检测方法

1．2．1 常规桥梁检测方法

1．2．2 非接触式桥梁检测新技术

1．3 近景摄影测量的发展及应用

1．3．1 国内外研究现状

1．3．2 近景摄影测量的优势

1．3．3 数码相机在摄影测量中的应用

1．4 本文研究课题的来源

1．5 本文主要研究内容

第二章 钢桁-砼组合梁承载性能试验

2．1 试验梁的设计与制作

2．1．1 试验目的

2．1．2 试验梁的设计与制作

2．2 测试设备与测量方法

2．2．1 测试设备

2．2．2 非量测相机的安装

2．2．3 位移计布置

2．2．4 三维重建

2．3 加载方案

2．4 实验结果及分析

2．4．2 挠度结果

2．4．3 定点摄影图像采集结果

2．5 本章小结

第三章 定点摄影位移测量的数字图像处理技术

3．1 基于定点摄影的变形测量思路

3．2 数码相机线性成相原理及几何基础

3．2．1 针孔相机模型和相机坐标系

3．2．2 世界坐标系和像平面坐标系

3．3 图像透视变换原理

3．3．1 图像几何变换

3．3．2 透视变换模型的论证

3．3．3 透视变换的验证性实验

3．4 边缘检测理论

3．4．1 图像边缘的定义

3．4．2 经典边缘检测的原理

3．4．3 常用的几种边缘检测器

3．4．4 仿真结果

3．5 本章小结

第四章 基于轮廓线的钢桁-砼组合试验梁变形提取方法

4．1 钢桁-砼组合试验梁轮廓线提取技术路线

4．2 试验梁轮廓线原始轮廓线获取

4．2．1 提取桥道板翼缘下边缘线

4．2．2 提取钢桁梁底部钢板边缘线

4．3 轮廓线叠差获取试验梁变形曲线

4．3．1 利用实际总体尺寸的像素点标定

4．3．2 桥道板边缘线荷载位移曲线

4．3．3 钢桁梁边缘线荷载位移曲线

4．4 定点摄影测量误差分析

4．4．1 定点摄影测量与百分表测量结果的误差对比

4．4．2 定点摄影测量与三维重建结果的误差对比

4．4．3 钢桁梁底板变形与桥道板变形的对比

4．5 本章小结

第五章 钢桁-砼组合梁的有限元分析

5．1．2 材料本构关系

5．1．3 有限元几何模型的建立

5．1．4 施工阶段的模拟

5．2 有限元分析结果

5．2．1 正常使用下的有限元分析结果

5．2．2 结构损伤对组合梁变形行为的影响分析

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 有待进一步解决的问题

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果