桥梁微变形监测及其数据处理方法研究

摘要

桥梁微变形监测不仅仅是对桥梁结构形变的监控，对桥梁的状态评估和设计理论的发展也有重要意义，而传统监测方法越来越难以满足桥梁健康监测日益增长需求，微变形监测雷达系统是一种新型的大型构筑物变形监测手段，对其在桥梁监测中的应用研究越显迫切。本文以桥梁微变形监测为研究对象，通过测量方法之间的对比分析，引入微变形监测雷达系统，并根据其测量特点对其数据进行分析处理，使得其测量成果能充分应用在桥梁健康监测中。
　　本文得出微变形监测雷达在动态模式下精度优于0.02mm，而静态模式下与精密水准仪相比，相对误差在10％以内，认为其可以提供可靠的位移测量结果;为解决微变形监测雷达一维径向测量带来的问题，实现微变形监测像元数据与监测目标的匹配，提出微变形位置分布模型，建议建模像元覆盖率至少为30％，测量距离在50m以内;为验证微变形监测雷达在桥梁健康监测中的适用性，通过试验提取桥梁健康状况相关参数，如挠度、桥塔变形、频率、阻尼比和冲击系数，认为与传统仪器相比，微变形监测雷达同样能提供可靠结果;最后，初步探索微变形监测雷达在桥梁动力特性分析中的应用，对小龙湾大桥的挠度、频率的测量结果和模型计算结果对比分析，得到测量结果的一阶扭转和二阶竖弯模态参数识别结果的相对误差在5％以内，吻合度良好。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 主要研究内容

1．4 关键技术路线

第二章 桥梁微变形测量方法研究

2．1 传统桥梁微变形监测方法

2．1．1 水准测量

2．1．2 全站仪测量

2．1．3 GPS测量

2．1．4 桥梁振动测量方法

2．2 微变形监测雷达系统

2．2．1 IBIS-S简介

2．2．2 IBIS-S测量原理

2．3 IBIS-S精度对比实验分析

2．3．1 弹簧振动试验

2．3．2 Capriaet大桥的环境振动测试

2．3．3 永定河桥静载试验

2．4 微变形监测雷达适用性分析

2．4．1 性能分析

2．4．2 应用建议

2．5 本章小结

第三章 桥梁微变形监测数据处理

3．1 微变形位置分布模型的引入

3．1．1 必要性分析

3．1．2 原理分析

3．2 微变形位置分布模型的建立

3．2．1 数据的输入

3．2．2 桥底模型格网化

3．2．3 像元识别

3．3 微变形位置分布模型适用性分析

3．3．1 模型精度影响分析

3．3．2 模型适用性分析

3．4 本章小结

第四章 微变形监测雷达在桥梁健康监测中的应用

4．1 桥梁健康监测概述

4．2 桥梁健康监测中的荷载试验

4．2．1 桥梁静载试验

4．2．2 桥梁动载试验

4．3 基于微变形监测雷达的微变形参数提取

4．3．1 挠度

4．3．2 桥塔位移

4．3．3 频率、阻尼比

4．3．4 动挠度、冲击系数

4．4 基于微变形监测雷达的桥梁监测方案

4．5 实测结果分析

4．4．1 建立有限元模型

4．4．2 挠度时程曲线对比

4．4．3 动力特性分析与模态参数识别

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 本文的主要工作及结论

5．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文与取得的学术成果