大型桥梁结构健康监测技术研究与应用

摘要

本文立足于工程实际应用，采用理论与试验相结合的方法，对桥梁健康监测过程中的一系列关键技术问题进行了深入系统的研究，主要工作包括： 1．提出了桥梁结构监测系统总体结构的工程化设计方案。对大型桥梁结构健康监测中的关键技术进行了系统的研究，提出了监测系统的设计方法、监测内容的确定、传感器布设与优化、监测数据采集与处理以及桥梁结构健康评估等一系列工程技术方法，为大型桥梁结构健康监测系统的研究开发奠定了技术基础。 2．成功研制了适用于混凝土结构的埋入式白光干涉型(F-P)光纤应变传感器和光纤温度传感器。运用现代测试技术，采用理论与试验相结合的方法，系统地分析研究了传感器的技术性能与特点、结构原理与设计方法、制作工艺与性能试验等相关的技术问题，提出了埋入式F-P光纤应变与温度传感器制备的一系列关键技术与方法，为我国光纤传感器的研究发展提供了一种有效的技术途径。 3．针对大型桥梁结构建造工艺复杂、工作环境恶劣的特点，提出了运用光纤传感器测试静、动态应变及温度参数的有效的工程实现技术与方法。系统地研究了埋入式光纤传感器应用于监测大型混凝土结构的关键技术与主要工艺等工程实际问题，成功地将光纤传感器应用于秦沈客运专线辽河特大桥的温度测试、预应力分布监测、动态测试等多个环节的工程实践，为光纤传感器在混凝土桥梁施工监测和长期健康监测中的广泛应用奠定了技术基础。 4．研究开发了芜湖长江大桥(连续梁部分)长期健康监测系统。依据上述健康监测系统的总体设计方案，结合芜湖长江大桥的结构特点，提出了一套基于两级计算机局域网的多传感器综合数据采集方式的健康监测系统有效技术方案，研制开发了适用于桥梁长期监测的网络化数据采集系统组件及相关软件，提出了基于准静态识别的统计对比诊断法进行桥梁结构健康评价的方法，实现了对桥梁结构安全的预警预报。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1引言

1.2现代桥梁健康监测技术的概念

1.2.1桥梁结构健康监测系统总体设计技术

1.2.2传感器及其优化布置技术

1.2.3数据自动采集与传输技术

1.2.4结构仿真分析技术

1.2.5桥梁诊断评估技术

1.3桥粱结构健康监测技术的研究与发展

1.3.1既有桥梁检测技术

1.3.2桥梁健康监测系统的发展

1.3.3光纤传感技术的发展

1.3.4桥梁诊断评估技术的发展与现状

1.4本文主要研究内容

2 桥梁结构健康监测系统总体设计

2.1监测系统的组建

2.1.1监测系统的设计原则

2.1.2传感系统

2.1.3信号采集与处理系统

2.1.4健康状态与安全评价系统

2.2监测内容的确定

2.2.1桥梁工作环境监测

2.2.2桥梁结构整体性能监测

2.2.3桥梁结构局部性能监测

2.3结构受力分析及传感器优化布设原则

2.3.1大型混凝土结构的全结构仿真分析

2.3.2传感器优化布置原则

2.4监测数据的采集与处理

2.4.1监测系统的网络数据采集技术

2.4.2监测数据采集与处理软件的设计

2.4.3通信网络的优化及其布设

2.4.4监测数据的存储管理

2.5桥梁结构损伤识别与状态评估

2.5.1概述

2.5.2桥梁结构损伤识别与状态评估的主要方法

2.6本章小结

3 大型混凝土结构健康监测传感器研制

3.1光纤传感器的工作原理

3.1.1光纤传感器的工作原理

3.1.2相位调制型光纤传感器原理

3.1.3大型混凝土结构健康监测对光纤传感器的性能要求

3.2基于白光干涉的F-P光纤传感器的工作原理

3.2.1 F-P光纤传感器的结构原理

3.2.2 F-P光纤传感器的工作原理

3.3白光干涉传感头的研制

3.3.1白光干涉传感头的结构设计及参数分析

3.3.2白光干涉传感头的制作

3.4埋入式F-P白光干涉型光纤应变传感器的研制

3.4.1应变传感器的结构设计

3.4.2埋入式F-P应变传感器的制作

3.4.3埋入式F-P传感器的应变传感特性试验

3.5埋入式F-P光纤应变传感器的疲劳性能试验

3.5.1试验目的

3.5.2模型设计及传感器布设

3.5.3疲劳荷载试验设计

3.5.4试验结果分析

3.6埋入式F-P白光干涉型光纤温度传感器的研制

3.6.1温度传感器的结构设计与制作

3.6.2光纤温度传感器的性能考核试验

3.7本章小结

4 光纤传感测试技术在混凝土桥梁健康监测中的应用研究

4.1光纤应变传感器在大型混凝土中的复合技术

4.1.1光纤传感器与混凝土变形的一致性

4.1.2光纤应变传感器的精确定位

4.1.3传感器和传输线的保护

4.1.4传输线的加长与连接方式

4.1.5光纤应变传感器在混凝土中的复合工艺

4.2光纤温度传感器在辽河特大桥温度测试中的应用研究

4.2.1秦沈客运专线双线辽河特大桥概况

4.2.2主梁水化热变化规律测试

4.2.3测试结果与分析

4.3光纤应变传感器在辽河特大桥预应力分布监测中的应用研究

4.3.1测点布置

4.3.2测试结果分析

4.4光纤应变传感器在辽河特大桥动态测试中的应用研究

4.4.1测点布置

4.4.2动态测试结果与分析

4.5本章小结

5 芜湖长江大桥(连续梁部分)健康监测系统研究

5.1芜湖长江大桥概况

5.2健康监测系统的组成及功能特点

5.2.1监测系统总体构造

5.2.2传感系统

5.2.3信号采集与处理系统

5.2.4健康状态与安全评价系统

5.3系统监测内容及具体实施

5.3.1列车进出桥情况监测

5.3.2列车载荷及行车安全监测

5.3.3环境温度监测

5.3.4挠度和纵向位移监测

5.3.5结构振动监测

5.4结构受力分析与传感器布设

5.4.1连续梁桥结构分析

5.4.2传感器布置

5.5监测与数采控制方案设计

5.5.1监测控制的触发方式

5.5.2通信网络的优化布设

5.5.3采集系统组件的设计开发

5.6数采系统软件、数据库查询与管理系统软件的设计

5.6.1数采系统软件的主要功能与特色

5.6.2数据库查询功能

5.6.3数据库处理功能

5.7健康状态评估系统研究

5.7.1统计对比诊断法的基本原理

5.7.2芜湖长江大桥健康状态评估的准静态识别统计对比诊断法

5.7.3芜湖长江大桥各主要被测参量报警值的确定

5.8本章小结

6 结论

6.1结论

6.2本论文的创新点

6.3需要进一步研究的问题

参考文献

攻读博士学位期间参加的科研工作和发表的学术论文

致谢