桥梁结构安全在线监测系统理论与工程应用研究

摘要

随着经济发展对基础设施建设的需求增长，大型桥梁在国民经济和社会生活中的作用越来越重要，桥梁结构安全监测系统相继运用到这些大型桥梁中，并得到了迅速发展，这项课题日益成为国内外桥梁学术界和工程界的研究热点。 本文以国内外桥梁监测及评估的理论和技术为基础，根据本文中监测对象的自身特点及项目需要，提出了通过实时的数据采集和通讯网络，设计基于振动的桥梁局部结构安全评估指标，建立了以层次分析法为基础的结构安全状况综合评估的架构与模式，并确定了系统软件架构和实施解决方案，介绍了系统设计和实现过程，总结了建立桥梁结构安全在线监测系统的一般方法。本文的主要工作包括： 1.根据监测参数的实际需要，对传感器进行选型，并针对传感器数量和布点的选择进行了研究，分析宽带方式和无线方式两种数据传输网络方案的选取，并提出了混合型远程通讯处理机制。 2.针对本文的实际情况，提出桥梁结构局部安全评估方法一相对劣化度法，通过对原始数据进行归一化、消除趋势项、带通滤波和选择合适的窗函数等数据预处理、得到需要的时域数据，进而采用周期图法对原始信号进行频谱分析，给出得到该安全评估指标的具体方法，并在最后通过对现场采集的实测数据进行验证。 3.针对本系统中监测对象的实际特点，在吸收和采用已有成果的基本思想的基础上，结合国内外桥梁评估领域和其他相关领域的研究成果，建立了以层次分析法为基础的的结构安全状况综合评估的架构与模式，设计了针对本系统中所监测的中河高架的状态评估模型。 4.监测系统的设计与实现。从系统实现的基础入手，综合考虑系统架构、用户接口、运行环境、性能、安全性、用户易操作性、给出了建立桥梁结构安全在线监测系统的模块化设计方法，并分析了系统设计中界面层次设置、系统结构体系选取等具体实现问题。

目录

文摘

英文文摘

致谢

第1章绪论

1.1引言

1.2桥梁结构安全监测研究现状

1.2.1桥梁结构安全监测系统

1.2.2损伤识别

1.3桥梁结构安全评估技术发展状况

1.4存在问题与需解决的关键技术

1.5本文背景与主要研究内容

1.6小结

第2章数据采集和通讯网络的选择

2.1引言

2.2监测内容

2.3监测系统基本结构

2.4传感器的选型

2.5数据传输网络方案选取分析

2.6监测布点方法

2.6.1传感器数量的选择

2.6.2传感器布点位置的选择

2.7小结

第3章基于振动的局部结构安全评估方法研究

3.1引言

3.2常用的方法与理论

3.3本文提出的局部结构安全评估指标(相对劣化度法)

3.4方案选取分析

3.4.1时域处理

3.4.2功率谱分析

3.4.3实测数据验证

3.5小结

第4章基于层次分析的全局结构安全评估方法研究

4.1引言

4.2层次分析法

4.2.1层次分析法的特点

4.2.2层次分析法的形状结构

4.2.3层次分析法的思路

4.2.4层次分析法的基本原理与步骤

4.3本文采用的评估实例

4.3.1指标确定原则

4.3.2中河高架状态评估模型

4.3.3评估指标的无量纲化处理

4.3.4评估指标的确定

4.3.5指标权重的确定

4.3.6算例

4.4小结

第5章桥梁结构安全在线监测系统的软件设计

5.1引言

5.2运行环境

5.3监测系统总体框架

5.4模块化设计

5.4.1交通干道桥梁信息管理模块

5.4.2桥梁结构安全监测预报模块

5.4.3桥梁突发事件监测处置模块

5.4.4桥梁维护管理模块

5.5系统软件部分的实现

5.5.1界面层次设置

5.5.2用户接口

5.6系统体系结构的对比分析

5.7桥梁结构安全在线监测系统的应用

5.8小结

第6章总结与展望

6.1本文的主要结论

6.2工作展望

参考文献

附录