集中式桥梁健康监测系统设计与监测数据分析

摘要

桥梁的健康监测问题已经得到越来越多的研究人员的关注,健康监测系统的合理部署以及对监测数据进行有效管理和分析关系到整个健康监测系统可靠性和效能。 本文针对目前在桥梁健康监测系统及其数据分析中存在的若干关键问题进行研究。这些问题有：(1)如何设计高效而低成本的桥梁健康监测系统,使得桥梁健康监测系统能够更好地推广与普及；(2)比较可靠地了解实际桥梁中的温度场(特别是针对混凝土桥梁),进而分析温度应力效应；(3)如何客观地测量在成桥情况下混凝土的收缩徐变,了解收缩徐变效应对混凝土桥梁内力、挠度影响,并且帮助合理地修正基于应变的传感器结果等等。本文的主要研究内容包括： (1)首先介绍了集中式桥梁健康系统的总体设计思想,然后介绍了传感系统、数据采集系统以及远程数据传输系统。接着论述了集中式桥梁健康监测数据管理系统需求分析,数据库设计、网络体系构建方案以及相应的开发技术以及整个的系统的构建与实施过程。最后以肇庆西江大桥为例,介绍了集中式桥梁健康监测的实施。 (2)利用集中式桥梁健康监测数据管理系统中保存的实测温度数据,分析了预应力混凝土箱梁桥温度场沿纵桥向、横桥向以及沿高度方向的温度分布规律,最后结合实测最不利温度场,利用平面有限元软件桥梁博士和有限元软件ANSYS分析了实测最不利温度场的纵向效应和横向效应。最后分析了不同沥青铺装层对混凝土箱梁温度效应的影响。 (3)在混凝土收缩徐变方面,本文给出了环境平均湿度、构件尺寸、混凝土的强度对混凝土收缩徐变的影响分析。通过混凝土收缩徐变有限元模型的建立,进行了收缩徐变效应对成桥内力状态和线型的影响分析,同时对比了不同的成桥内力状态对肇庆西江大桥收缩徐变效应的影响。最后分析了收缩徐变效应引起的实际应变的提取方法,并结合有限元模型对实测结果和理论计算结果进行对比。

目录

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声明

第一章绪论

1.1大跨度桥梁健康监测的意义

1.2桥梁健康监测的国内外发展状况

1.3国内外对温度及收缩徐变效应的研究现状

1.3.1温度效应国内外研究现状

1.3.2混凝土收缩徐变国内外研究现状

1.4本文的主要研究内容

第二章集中式桥梁健康监测系统设计

2.1系统设计思想

2.2传感器系统以及数据采集系统

2.2.1传感器选择以及测点选择

2.2.2数据采集系统

2.3远程数据传输系统

2.4集中式数据管理系统需求分析

2.5集中式数据管理系统数据库设计

2.5.1数据库设计的基本步骤

2.5.2数据库概念设计

2.5.3数据库逻辑设计

2.5.4数据库物理设计

2.6系统网络体系构架

2.6.1 B／S体系结构与C／S体系结构

2.6.2基于B／S结构的桥梁健康监测系统

2.7集中式数据管理系统平台构建与实施

2.7.1系统平台构建

2.7.2 Web动态交互技术-JSP技术

2.7.3 JavaBeans概述及用途

2.7.4利用JSP+JavaBeans实现B／S网络体系结构

2.7.5 JDBC数据库连接池的实现

2.7.6 JavaBean在数据库操作中的实现

2.7.7系统功能实现过程

2.7.8系统功能模块实现

2.8工程实例

2.8.1工程概况

2.8.2传感器测量系统

2.8.3远程数据传输

2.8.4监测数据管理

2.9本章小结

第三章预应力混凝土箱梁桥温度效应分析

3.1引言

3.2混凝土箱梁温度效应理论

3.2.1温度分布与温度荷载的特点

3.2.2温度场与温度荷载

3.2.3温度自应力和温度次应力

3.3预应力混凝土箱梁桥温度场的测试与分析

3.3.1纵桥向温度分布

3.3.2横桥向温度分布

3.3.3高度方向温度分布

3.4实测最不利温度场效应分析

3.4.1实测最不利温度场纵向效应分析

3.4.2实测最不利温度场横向效应分析

3.5沥青铺装层对温度效应的影响

3.6本章小结

第四章预应力混凝土箱梁桥收缩与徐变效应分析

4.1引言

4.2混凝土收缩徐变预测模型以及计算方法

4.2.1混凝土收缩徐变影响因素

4.2.2混凝土收缩徐变预测模型

4.2.3混凝土徐变计算方法

4.3收缩徐变模型影响因素分析

4.3.1环境平均湿度的影响

4.3.2构件尺寸的影响

4.3.3混凝土强度的影响

4.4收缩徐变有限元模型的建立

4.5收缩徐变效应对成桥状态的影响

4.5.1收缩徐变效应对成桥内力状态的影响分析

4.5.2收缩徐变效应对成桥线型的影响分析

4.6不同成桥内力状态对收缩徐变效应的影响分析

4.6.1不同恒载内力的影响

4.6.2不同预应力张拉控制应力的影响

4.7预应力混凝土桥梁收缩徐变应变测量

4.7.1混凝土长期应力测量

4.7.2收缩徐变应变实测值

4.8收缩徐变应变实测值与理论值对比与分析

4.9本章小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢