桥梁实时在线检测与健康监测若干问题研究
【摘要】：桥梁建成以后,由于受气候、环境因素的影响,结构材料会被腐蚀和逐渐老化,长期的静、动力荷载作用,使其强度和刚度随着时间的增加而降低。这不仅会影响行车安全,更会使桥梁的使用寿命缩短。对桥梁结构的健康状况进行检测与监测,并在此基础上对其安全性能进行评估是桥梁运营日常管理的重要内容。
到目前为止,桥梁的长期检查主要还是定期的人工检测。但定期人工检测的局限性较多:(1)不能及时发现间隔期内的损伤:(2)结构的某些部位难以到达;(3)工作量大、费用高;(4)检查结果有极大的主观性。
虽然传统的人工检测方式简单方便,并有了一套实用的检测评估标准,但其检测周期长,检测结果不直观,并且检测时要求桥梁停止运营,对社会经济效益造成影响。随着越来越多的大跨度桥梁的建成,在结构布局和规模都十分复杂的大型桥梁上仍然沿用传统的桥梁外观检查、养护、维修程序以及常规的局部检测,显然已难以全面反映桥梁的健康状况,尤其是难以对桥梁的安全储备以及退化途径作出系统直观的评估。建立和发展能够提供全面的全桥结构检测和评估信息的监测系统,随时了解大桥结构的承载能力和安全储备,对保证大桥运营的安全性和耐久性都是十分必要的。
检测与监测手段以及安全评估的远程化、智能化是桥梁运营管理的发展趋势,也是当今国内外土木工程专业以及相关跨学科专业的研究热点。其中,从海量监测数据中建立科学适用的专家评估系统是该研究的重点和难点之一。
目前的数据处理研究成果大多集中在基于动态测量的模态分析上,其基本思路均源于以动力测试所取得的基本模态,如振型、加速度等数值反演结构的各种动力特性指标或结构的刚度、柔度等来反映结构的整体状况,具体算法上是采用扩阶或减缩技术,使有限的测量数据能与整体结构的模态相对映,通过比较两者的差异,在结构刚度、柔度、阻尼比等指标的变化反映上,得到结构损伤位置和损伤程度的评估结论。这种基于动力测试的处理和分析技术,尤其是运用了神经网络和遗传算法,在研究和实践中都取得了一些进展。
但是,我们同时也应该注意到的是:动力模态是结构的整体性能,而实际工程的损伤和破坏往往是局部发生,甚至是某一构件的破坏而带来巨大的损失。因此,
【关键词】：桥梁结构 健康监测 实时 在线 检测 【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：U446.1
【DOI】：CNKI:CDMD:1.2006.035296
【目录】：
- 摘要4-7
- Abstract7-14
- 引言14-15
- 第1章 绪论15-40
- 1.1 结构的损伤诊断与损伤诊断的智能化15-16
- 1.1.1 结构损伤诊断的概念15-16
- 1.1.2 结构智能健康诊断系统16
- 1.2 桥梁的管理与智能健康监测16-24
- 1.2.1 桥梁健康监测的目的和意义16-18
- 1.2.2 桥梁的损伤检查和管理18-20
- 1.2.3 桥梁监测系统(Bridge Monitoring Systems)20-22
- 1.2.4 大跨度桥梁的智能健康监测系统22-24
- 1.3 基于振动的损伤识别24-28
- 1.3.1 基本概念24-25
- 1.3.2 桥梁损伤识别技术的关键点与难点25-28
- 1.4 结构智能健康诊断技术的国内外研究现状28-39
- 1.4.1 发展史28-29
- 1.4.2 大跨度桥梁智能健康监测的研究现状29-32
- 1.4.3 损伤诊断的人工神经网络方法32-39
- 1.5 本论文的主要工作39-40
- 第2章 桥梁健康监测系统的建立40-58
- 2.1 桥梁结构健康监测基本概念40-46
- 2.1.1 概论40-43
- 2.1.2 监测系统的设计原则43-44
- 2.1.3 桥梁结构健康监测内容及可供选择的仪器设备44-45
- 2.1.4 建立监测系统所面临的问题45-46
- 2.2 桥梁结构健康监测系统方案设计46-51
- 2.2.1 概论46
- 2.2.2 桥梁健康监测的数据采集系统46-49
- 2.2.3 桥梁健康监测的数据通信系统49-50
- 2.2.4 桥梁健康监测系统的数据存贮与管理50-51
- 2.3 基于Internet的桥梁健康监测系统51-58
- 2.3.1 概论51-52
- 2.3.2 基于Internet／Intranet的桥梁结构健康监测系统构成及其工作原理52-55
- 2.3.3 基于Internet／Intranet的数据采集系统55-58
- 第3章 桥梁结构健康监测系统中传感器的选择与布设58-81
- 3.1 传感器(sensor)选择58-63
- 3.1.1 概论58-59
- 3.1.2 各种智能传感材料的定性比较59-63
- 3.1.3 需进一步探索的问题63
- 3.2 传感器的优化布设63-67
- 3.2.1 概论63-64
- 3.2.2 用遗传算法选择桥梁健康监测系统中传感器的最优布点64-67
- 3.3 GPS系统67-68
- 3.4 光纤传感器在桥梁健康监测系统中的应用68-72
- 3.4.1 概论68-69
- 3.4.2 光纤传感器在工程中的应用69-72
- 3.5 光纤传感器的组成及原理72-77
- 3.5.1 组成原理72-74
- 3.5.2 土木工程中使用商业化光纤传感器74-77
- 3.6 光纤传感器安装工艺研究77-79
- 3.7 光纤传感器应用中的一些问题79-81
- 第4章 基于模糊推理的桥梁损伤评估81-100
- 4.1 概论81-83
- 4.2 模糊推理83-84
- 4.3 模糊逻辑控制的基本原理84-91
- 4.3.1 基本原理84-87
- 4.3.2 控制过程87-91
- 4.4 基于模糊逻辑的桥梁性状监测91-97
- 4.5 监测实例97-98
- 4.6 小结98-100
- 第5章 基于时序立体数据表分析的桥梁健康状况评估100-123
- 5.1 概论100-101
- 5.2 差成分分析的概念101-108
- 5.2.1 主成分分析101-104
- 5.2.2 主成分分析算法步骤104-108
- 5.3 基于时序立体数据表的桥梁健康状况评估108-116
- 5.3.1 全局分析的概念109-111
- 5.3.2 全局主成分分析111-113
- 5.3.3 动态轨迹的图象描绘113-116
- 5.4 桥梁健康状况评估实例116-122
- 5.5 小结122-123
- 第6章 基于无线传感技术的桥梁实时在线检测123-137
- 6.1 概论123-124
- 6.2 在线检测步骤124-129
- 6.3 数据分析129-136
- 6.4 小结136-137
- 总结137-139
- 参考文献139-151
- 致谢151
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