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基于无线传感器网络的泰州长江公路大桥结构健康监测研究

丁华平  
【摘要】:泰州长江公路大桥位于江苏省泰州市与镇江市之间,全长62公里,其跨江主桥达到2160米,是一座三塔双跨钢箱梁悬索桥,目前还处于建设中。 世界范围内不时出现的桥梁坍塌事件,在造成生命财产巨大损失的同时,也不断警示人们开展桥梁监测、预知维护的重要性。八十年代中后期以来,欧美一些国家纷纷在许多重要桥梁上开始安装健康监测系统,特别是一些大跨度桥梁结构的健康监测受到了空前重视。近年来,我省也先后在润扬长江大桥、江阴长江大桥以及苏通长江大桥等重大工程中先后新建了结构健康监测系统。然而,在实际部署以及使用这些结构健康监测系统的过程中,发现一系列问题,这些问题导致系统尚不能很好地满足桥梁的实际需要。 泰州大桥面临着同样的问题,作为三塔悬索大桥,从自身设计、技术上来讲,在国内外达到了三“最”。其很多技术在国内尚属首次应用,特别是中塔采用“人”字形钢铁结构,桥型独特,结构受力状态复杂,建立一套完善的健康监测系统对大桥进行长期在线监测对及时掌握桥梁状态、指导运营及养护管理、延长桥梁使用寿命有极其重要的意义。 目前,国内的大桥结构健康监测系统大多采用传统的单一有线健康监测方式,一方面技术比较成熟,另一方面系统比较稳定、可靠。但是有线健康监测系统往往存在着工程造价高,系统维护困难等问题,而且在一些监测区域往往很难布线,因此需要寻求一种更好的解决办法来完善健康监测系统。 无线传感器网络作为一门新兴的技术已经在多个领域有着成熟的应用,它综合了传感器技术,无线通信技术,分布式信息处理技术等,能够通过各类集成化的微型无线节点协作地实时监测,感知和采集各种环境或监测对象的信息,所有的感知或采集到的信息将通过无线方式发送,最后经过网络传送到监控中心,从而实现物理世界与人类社会的连通。将无线传感器网络技术应用于桥梁结构健康监测系统不仅保留了有线监测系统的优势,而且很好的弥补了有线监测存在的一系列问题,系统造价低,无需繁琐的布线,维护及其方便。 本文首先介绍了桥梁结构健康监测领域的国内外现状,给出了健康监测的必要性及技术手段。其次,研究了新一代无线传感器网络平台Imote2,通过理论分析与实践,研究了射频功率放大器的作用及效果。通过对两种加速度传感器的比较验证,选取了性能优越的模拟加速度计作为结构健康监测系统的传感器。接着,分析了泰州大桥结构健康监测系统的构架以及系统组成。最后,通过在润扬大桥的锚室和钢箱梁内部的现场试验,验证了模拟加速度传感器的卓越性能,给出了其适合应用于桥梁结构健康监测领域的结论。


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