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南京长江第四大桥结构健康监测系统研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究目的与意义

1.2.1 国内外大跨径桥梁安全运行现状

1.2.2 桥梁事故的主要原因分析

1.2.3 南京四桥结构健康监测系统构建意义

1.2.4 南京四桥结构健康监测系统构建作用

1.3 大跨度桥梁结构健康监测研究现状

1.3.1 国外桥梁健康监测技术发展现状

1.3.2 国内桥梁健康监测技术发展现状

1.3.3 研究中存在的主要问题

1.4 主要研究内容与技术路线

第二章 南京四桥结构特点与外部运营环境

2.1 南京四桥结构特点

2.1.1 桥型总体布置

2.1.2 缆索系统

2.1.3 加劲梁

2.1.4 索塔与基础

2.1.5 锚定

2.1.6 结构约束体系

2.2 桥梁运营环境荷载特点

2.2.1 气象状况

2.2.2 水文状况

2.2.3 工程地质及地震

2.2.4 交通情况

2.3 本章小结

第三章 南京四桥结构安全分析与风险评估

3.1 桥梁结构安全信息定义

3.2 南京四桥结构风险评估

3.2.1 结构解析原则

3.2.2 总体风险评估

3.2.3 单元风险评估

3.2.4 比例效应

3.3 南京四桥安全信息关注要点

3.3.1 钢箱加劲梁

3.3.2主缆与吊索

3.3.3 附属设施损坏

3.3.4 风灾

3.3.5 地震与撞船事故

3.4 南京四桥结构危险性分析

3.4.1 加劲梁危险性分析

3.4.2 索塔危险性分析

3.4.3 主缆和吊索危险性分析

3.4.4 动力特性分析

3.5 本章小结

第四章 南京四桥结构健康监测系统设计总体思路

4.1 系统设计思路

4.2 系统构建原则

4.2.1 系统设计阶段遵循的原则

4.2.2 系统研究阶段遵循的原则

4.3 系统深化设计参考、遵循的标准、规范及指南

4.4 南京四桥结构健康监测系统总体架构

4.5 本章小结

第五章 南京四桥自动化传感测试子系统的构建

5.1 子系统监测项目

5.2 监测点设计依据与原则

5.3 监测点设计与传感器选型

5.3.1 风荷载

5.3.2 环境湿温度

5.3.3 动态交通荷载

5.3.4 地震、船撞

5.3.4 结构空间位置及变化

5.4 数据采集与传输模块

5.4.1 数据采集传输技术

5.4.2 基于工业以太网和POE技术的分布式数据采集传输模块

5.5 数据处理与控制模块

5.6 自监控自诊断模块

5.7 本章小结

第六章 南京四桥电子化人工巡检子系统的构建

6.1 桥梁巡检管理中存在的主要问题

6.2 电子化人工巡检系统的目的

6.3 子系统研发设计原则

6.4 子系统构成及功能实现

6.4.1 基于WEBGIS的桥梁地理信息系统

6.4.2 静态及动态信息管理

6.4.3 巡检计划的制定及管理

6.4.4 技术状况的评估及预测

6.4.5 维修方案决策辅助

6.4.6 信息查询、统计和报告报表输出

6.4.7 新闻信息发布

6.4.8 人员组织管理

6.4.9 固定资产管理

6.5 本章小结

第七章 结构预警与安全评估子系统的构建

7.1 子系统架构与开发原则

7.2 预警模块

7.2.1 在线预警

7.2.2 离线预警

7.3 评估模块

7.3.1 内力状态识别模块

7.3.2 结构动力及振动特性模块

7.3.3 钢箱梁疲劳分析模块

7.3.4 风场分析及风致振动分析模块

7.3.5 校验系数分析模块

7.3.6 统计报告模块

7.4 本章小结

第八章 结论及展望

8.1 研究结论

8.2 研究展望

参考文献

致谢

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摘要

为辅助南京四桥百年运营期的桥梁结构安全信息化监管,减少桥梁灾难性事故发生的概率,本文在分析南京四桥结构特点的基础上,进行了结构风险评估,构建了南京四桥结构健康监测系统,主要研究内容包括以下几个部分:
   (1)从桥型总体布置,缆索、加劲梁等分部结构型式入手,分析了南京四桥的结构特点。同时,对桥梁运营环境荷载特点进行了分析。
   (2)研究分析了南京四桥安全信息的关注要点,计算分析了南京四桥结构的危险性。
   (3)从系统的设计思路、原则、系统总体架构等方面入手,阐述了南京四桥桥梁结构健康监测系统设计的总体思路。
   (4)对南京四桥结构健康监测系统中三个重要的子系统进行了研究分析。桥梁自动化传感测试子系统主要包括子系统的监测项目、设计依据和原则、传感器的选型、数据采集与传输模块、数据处理与控制模块和自监控与自诊断模块等;桥梁电子化人工巡检子系统主要包括对子系统研发设计原则和子系统的构成与功能实等;桥梁结构预警与安全评估子系统主要包括子系统架构、开发原则、在线预警与离线预警模块、评估模块等。
   本文的研究依托了南京四桥(双塔三跨连续钢箱梁悬索桥)的工程背景,研究成果可为同类桥梁提供参考。

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