桥梁挠度快速监测系统

摘要

桥梁结构的健康关系到国家经济、社会发展，为确保桥梁结构的安全性和耐久性，检测、维修、加固都是延长桥梁使用寿命的必要方式。随着交通产业的飞速发展，桥梁建设速度逐渐放缓，桥梁的中心任务已经开始从大力建设转向施工与监测并重的重要阶段。桥梁结构健康监测可以及时判定桥梁结构的损伤情况，尽早发现桥梁的安全隐患，保障社会财产、人民生命安全。
　　 挠度监测是桥梁结构监测的最主要手段之一，挠度能够直接反映桥梁结构形变是否超出安全范围，在桥梁检定、危桥改造和新桥验收等方面都需要准确测量桥梁的静、动态挠度值。在役桥梁受到自然环境、超载负荷、养护缺乏、意外灾害都会加速桥梁老化，甚至造成坍塌事故，所以对桥梁进行在线实时的健康监测意义重大。尤其是在地震、飓风、火灾、洪水、爆炸、船只碰撞等意外灾害后，建立快速、完备、可靠的监测系统以分析评估桥梁的营运安全状况更加重要。挠度作为最直观的测量依据，为桥梁快速监测系统提供了最直接的监测手段。
　　 本文以建立快速、实时、在线、远程的挠度监测系统为目的，深入探讨了桥梁挠度监测系统的发展现状、系统的总体需求、系统硬件构成、系统软件实现以及对监测数据的及时处理分析等内容。针对传统桥梁挠度健康监测系统复杂、安装难度大、成本高、过程漫长等缺点，研发了一套专门应对桥梁意外灾害后的快速监测系统，并且安装应用于重庆高家花园大桥的工程实验中。对高家花园大桥进行了挠度数据分析，对桥梁的运营与养护提出建议，实现了对该桥梁安全状况评估。
　　 研究内容主要为以下几方面:(1)分析桥梁挠度健康监测系统的发展现状与存在的问题;(2)研究分析挠度快速监测系统的性能需求;(3)设计快速挠度监测系统的硬件组成、激光点位移算法和软件架构;(4)对桥梁挠度快速监测系统进行系统测试与实验分析;(5)阐述重庆高家花园大桥挠度快速监测系统的安装，分析挠度数据并提出养护方案。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 桥梁监测系统研究现状

1．2．1 国内外桥梁健康监测系统的发展

1．2．2 现有桥梁健康监测系统存在的问题

1．3 桥梁挠度快速监测系统发展现状

1．3．1 挠度快速监测系统概述

1．3．2 国内外挠度快速监测系统发展现状

1．4 桥梁挠度快速监测系统创新点

1．5 本文主要研究内容

第二章 桥梁挠度快速监测系统需求分析

2．1 系统设计总体思路

2．1．1 挠度快速监测系统设计原则

2．1．2 挠度快速监测系统实施目标

2．1．3 挠度快速监测系统框架

2．2 运作策略

2．2．1 桥梁结构安全状态监测

2．2．2 桥梁结构临界状态监测

2．2．3 结构受灾受损评价

2．2．4 监测资料存档

2．3 挠度监测数据分析方法

2．3．1 静态挠度分析

2．3．2 动态挠度分析

2．3．3 采样频率设计

2．4 本章小结

第三章 监测系统硬件设计

3．1 硬件设计框架

3．1．1 硬件设备布局

3．1．2 结构描述

3．2 挠度测量单元

3．2．1 挠度测量模块的整体结构及测量原理

3．2．2 激光挠度仪

3．2．3 摄像头

3．3 电源单元

3．3．1 电源稳压器

3．3．2 电源管理器的分析设计

3．4 现场控制中心

3．4．1 保护设备

3．4．2 工控机

3．4．3 视频采集卡

3．4．4 串口扩展卡

3．4．5 调制解调器

3．5 无线传输单元

3．6 远程监控中心

3．7 本章小结

第四章 监测算法及软件系统设计

4．1 激光点位移算法

4．1．1 传统激光点位移算法

4．1．2 基于动态梯度的零噪声激光点位移算法

4．2 软件设计框架

4．2．1 现场工控机软件开发环境

4．2．2 软件系统结构

4．2．3 软件系统功能实现

4．3 现场控制中心程序设计

4．3．1 工控机程序设计

4．3．2 挠度采集程序

4．3．3 电源管理器程序

4．3．4 数据存储管理

4．3．5 数据传输

4．4 本章小结

第五章 测试及应用

5．1 桥梁挠度快速监测系统测试

5．1．1 实验平台搭建

5．1．2 可靠性检测

5．2 数据测试及验证

5．3 桥梁挠度快速监测系统应用于高家花园大桥

5．3．1 高家花园大桥概况

5．3．2 高家花园大桥挠度监测系统安装

5．4 本章小结

第六章 高家花园大桥挠度监测数据分析

6．1 静态挠度测量与分析

6．1．1 静态挠度测量方法

6．1．2 静态挠度测量

6．1．3 静态挠度分析

6．2 动态挠度测量与分析

6．2．1 动态挠度测试方法

6．2．2 动态挠度测量

6．2．3 动态挠度分析

6．3 监测结论

6．4 养护方案

6．5 本章总结

第七章 总结与展望

7．1 本文主要结论

7．2 有待进一步研究的工作

致谢

参考文献

在学期间发表的论著及取得的科研成果