大型体育场馆钢结构工程健康状况在线实时监测与诊断系统的开发与工程应用

摘要

近些年来，用于大型体育赛事的超大跨度钢结构建筑体系不断涌现。这类结构受力复杂，所处环境状况多变，发生损伤和破坏的潜在危险性较大。所以，对此类大型钢结构进行结构健康状况的实时、在线的长时间监测，建立完善的监测、诊断分析系统，对于分析结构受力状态、保证结构安全具有重要意义。 所谓结构的健康状况监测是指利用现场的无损传感技术，基于所测结构的响应对结构进行特性判断和力学分析，检测结构的损伤和退化，保证结构的施工和服役期间的状态安全。笔者根据结构健康监测领域国内外的发展现状，并结合光栅光纤传感器网络技术、计算机网络技术，设计了长期的健康监测和损伤诊断系统，该系统由传感器子系统、数据采集和处理子系统、数据传输子系统以及信息分析与监控预警子系统四个部分组成。 本文针对此套系统的开发和应用所做的主要工作有：分析了结构健康监测系统中各子系统功能组成及其系统集成的架构和传输流程；设计了系统集成方案；探究监测系统的软件实现方法；提出了一种基于复杂结构应变模态识别法和小波理论的两阶段损伤诊断方法；并结合实际监测工程，设计了系统的监测方案，并开发了基于结构健康监测的软件分析系统，成功实现系统的损伤报警和远程监控功能。该系统目前已成功应用于济南奥体中心体育场罩棚钢结构和体育馆屋顶钢结构的健康监测工作中，监测结果表明：系统运转稳定，并可以科学地、较为主动地预报该结构的健康状况，并为研究此结构施工和服役期间的损伤演化规律提供了有效的、直接的分析数据和依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2课题来源

1.3课题研究背景与研究意义

1.3.1大型场馆钢结构常见的损伤及事故

1.3.2大型钢结构健康监测的研究目的和意义

1.4结构健康监测的国内外研究现状

1.4.1结构健康监测概述

1.4.2光纤光栅技术在结构健康监测领域的发展和应用

1.4.3结构健康监测系统集成技术的发展

1.5大型钢结构健康监测研究的技术路线

1.6本文主要研究工作

第2章大型体育场馆钢结构健康监测系统集成方案设计与分析

2.1引言

2.2大型钢结构健康监测系统组成及其功能

2.2.1结构健康监测系统的构成

2.2.2各子系统的功能分析及监测仪器的选择

2.3健康监测系统集成方案分析

2.3.1系统集成原则

2.3.2系统集成方案确定

2.4本章小结

第3章大型体育场馆钢结构健康监测系统集成的软件实现分析

3.1引言

3.2通用软件设计平台

3.3基于虚拟仪器技术Visual C++编程的软件实现构想

3.4健康监测系统集成方案的软件实现分析

3.4.1中心数据库的实现

3.4.2数据采集与处理子系统的软件实现

3.4.3报警系统的实现

3.4.4远程网络监测技术

3.5本章小结

第4章大型体育场馆钢结构健康监测损伤诊断方法

4.1引言

4.2结构健康监测损伤识别的一般性方法

4.3基于复杂结构的应变类模态识别法和小波理论的两阶段损伤诊断法

4.3.1基于结构应变类模态识别的损伤区域初步诊断法

4.3.2基于小波理论的损伤状态精确诊断法

4.4本章小结

第5章基于光纤光栅及电磁感应技术的钢结构健康监测工程应用

5.1济南奥体中心体育场及体育馆钢结构健康监测系统工程应用

5.1.1工程概况

5.1.2监测目的

5.1.3监测任务

5.1.4光纤光栅传感器考虑温度效应的应变公式推导

5.1.5基于电磁感应技术的索应力监测

5.2济南奥体中心体育场馆钢结构工程健康监测方案设计

5.2.1应变监测系统及原理

5.2.2采用仪器设备

5.2.3应变测点位置布置方案

5.3工程监测过程及数据结果分析

5.3.1体育场及体育馆健康监测过程

5.3.2体育场及体育馆健康监测结果分析

5.4济南奥体中心钢结构健康监测软件分析系统

5.4.1软件分析系统简介

5.4.2工作界面及运行性能

5.4.3远程监控界面

5.5本章小结

第6章结论与展望

6.1全文总结

6.2工作展望

参考文献

后记

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况