斜拉桥高大塔柱裂缝监测及分析

摘要

对于运营斜拉桥的塔柱裂缝监测，往往采用传统的方法进行人工观察与测量，而传统检测方法费用高、时间长，有时还要中断交通，并且由于索塔高度往往超过100米，传统方法难以到达一些重要部位进行观察，影响其健康状态的正确分析与评价。本文旨在通过视频采集系统实现高大塔柱裂缝的实时监测，基于塔柱结构内力分析及有限元仿真，分析裂缝成因及发展全过程，说明通过裂缝信息评估塔柱结构的安全性的可行性。
　　 本文通过详细分析常见的滤波算法，针对各种滤波算法适用范围和裂缝图像特点的研究，提出中值滤波法，将二值图像用于裂缝图像分割，并采用图像拼接技术、裂缝矢量化技术及裂缝图像模拟重现技术实现了裂缝监测信息处理；调查统计钢筋混凝土塔柱结构裂缝信息，从塔柱结构内力及结构变形条件出发分析了其裂缝成因；通过分析裂缝基本参数与塔柱结构外荷载的关系，进一步研究了裂缝宽度、长度与塔柱承载力之间的关系，得出了影响裂缝发展的主要因素；基于混凝土及钢筋材料的本构关系，分析了塔柱结构裂缝发展全过程；介绍了索塔结构框架模型的建立及有限元模型理论，提出了斜拉桥塔柱结构局部模型仿真实现方法；在总结宋玉普和赵国藩提出的弥散型模型裂缝宽度有限元计算方法的基础上，考虑了混凝土与钢筋应变的共同作用，提出了钢筋混凝土塔柱结构裂缝宽度有限元计算方法。
　　 本文将数字图像处理技术、裂缝监测信息处理技术、内力分析、仿真有限元模型的建立相结合一起，形成了斜拉桥高大塔柱裂缝监测系统的研究思路，提升桥梁养护、管理水平，积极推动桥梁的智能化发展。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章　绪论

1.1研究背景及意义

1.1.1应用现状及存在的问题

1.1.2研究意义

1.2研究现状分析

1.2.1数据采集及处理技术研究现状

1.2.2监测数据评价分析研究现状

1.3主要研究内容及取得的成果

1.4创新点

1.5小结

第二章　斜拉桥高大塔柱裂缝监测信息采集及处理系统

2.1基于数字图像处理技术塔柱裂缝采集系统研究

2.1.1裂缝图像采集技术

2.1.2裂缝图像预处理技术

2.2裂缝矢量化储存及模拟重现技术

2.2.1图像拼接技术

2.2.2裂缝图像矢量化技术

2.2.3裂缝图像模拟重现技术

2.3小结

第三章　斜拉桥高大塔柱基于裂缝信息的安全性

3.1斜拉桥塔柱裂缝统计及分析

3.1.1锚固区裂缝

3.1.2非锚固区裂缝

3.2裂缝统计参数

3.3材料本构关系

3.3.1混凝土本构关系分析

3.3.2钢筋本构关系分析

3.4塔柱裂缝发展全过程分析

3.5基于裂缝信息塔柱结构承载力分析

3.5.1基于裂缝长度塔柱承载力分析

3.5.2基于裂缝宽度塔柱承载力分析

3.6小结

第四章　斜拉桥高大塔柱安全评估模型的仿真实现

4.1斜拉桥索塔结构框架模型的建立

4.1.1平面杆系法

4.1.2空间杆系法

4.2斜拉桥塔柱健康状态评估模型仿真实现

4.2.1有限元法概述

4.2.2单元模型

4.2.3钢筋混凝土模型

4.2.4钢筋与混凝土粘结滑移模型

4.2.5钢筋混凝土结构裂缝模型

4.2.6混凝土模型刚度分析

4.3塔柱结构裂缝宽度的计算分析

4.3.1钢筋混凝土裂缝宽度有限元计算方法

4.3.2塔柱结构裂缝宽度有限元计算方法的实现

4.4小结

第五章　实桥应用与展望

5.1工程概况

5.2塔柱模型的建立

5.2.1框架模型的建立及结果分析

5.2.2塔柱实体模型的建立及结果分析

5.3塔柱结构裂缝监测系统的实现

5.3.1硬件系统

5.3.2软件系统

5.4小结

第六章　结论及展望

6.1主要结论

6.2展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论著及取得的科研成果