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大型桥梁结构健康监测技术研究与应用

刘永前  
【摘要】: 20世纪以来国内外桥梁工程建设取得了突破性的成就,桥梁建设正向着规模的大型化、形式的轻柔化、功能的复杂化发展。鉴于桥梁工程在国家建设和人民生活中的重要作用,桥梁结构的安全性与耐久性越来越受到人们的高度重视,所以现代工程技术人员不但关注桥梁设计与施工技术,而且更关注桥梁结构的维护和保障问题。随着科学技术的飞速发展,在现代桥梁工程领域中有关大型桥梁的健康监测、安全评估以及寿命预测等问题已经成为当前桥梁工程界的研究热点。 本文在铁道部科技开发项目——“秦沈客运专线辽河大桥光纤测试技术的应用研究(2001G018-B)”、“芜湖长江大桥长期监测、安全评估和报警系统的研究(2000G19-B)”的资助下,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。


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