智能橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的研究.pdf

1、隨著國(guó)內(nèi)外大跨度橋梁的增多，橋梁結(jié)構(gòu)型式的輕柔化、系統(tǒng)功能的復(fù)雜化以及人們對(duì)橋梁安全性與耐久性的要求越來越高。智能橋梁結(jié)構(gòu)將成為未來理想的橋梁結(jié)構(gòu)，智能橋梁的第一層次即橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外工程界和學(xué)術(shù)界關(guān)注的前沿課題。本文從智能材料結(jié)構(gòu)的理論出發(fā)，給出了智能橋梁結(jié)構(gòu)的概念，研究了橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和橋梁結(jié)構(gòu)光纖光柵監(jiān)測(cè)技術(shù)及橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)評(píng)估方法，并成功地應(yīng)用于蕪湖長(zhǎng)江大橋斜拉橋健康監(jiān)測(cè)中。 研究首先從智能材料結(jié)構(gòu)的理

2、論出發(fā)，提出了智能橋梁結(jié)構(gòu)的概念，在詳細(xì)閘述智能橋梁結(jié)構(gòu)的組成和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上，討論了智能橋梁結(jié)構(gòu)的信息處理、智能類型和設(shè)計(jì)方法，指出光纖傳感器是現(xiàn)階段最適合智能橋梁結(jié)構(gòu)的感知材料、智能橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)該以嵌入式為主，橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)屬于智能橋梁結(jié)構(gòu)的第一層次——自感知橋梁結(jié)構(gòu)，智能橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要遵循兩大準(zhǔn)則——功能和效益成本分析，從初步設(shè)計(jì)到試驗(yàn)驗(yàn)證要經(jīng)多個(gè)反復(fù)后才能進(jìn)行施工。 根據(jù)智能橋梁結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，本文研究了橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)

3、系統(tǒng)的組成、特點(diǎn)、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和原則、監(jiān)測(cè)內(nèi)容和截面及項(xiàng)目，總結(jié)了現(xiàn)階段橋梁結(jié)構(gòu)損傷評(píng)估方法，給出了斜拉橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)內(nèi)容和主要構(gòu)成。橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)充分利用計(jì)算機(jī)資源，在最少人工參與的條件下，考慮系統(tǒng)的目的、功能、投資額度和關(guān)鍵部位，注重監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性和長(zhǎng)期性。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)應(yīng)采用虛擬儀器技術(shù)、硬件設(shè)計(jì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化，監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容是荷載、環(huán)境、幾何變形和結(jié)構(gòu)反應(yīng)。 文中根據(jù)光纖光柵傳感原理，對(duì)比了強(qiáng)度型、干涉型和光柵波長(zhǎng)型

4、三種光纖傳感器，指出光纖光柵更適合橋梁結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)；通過對(duì)光纖光柵的制作、結(jié)構(gòu)原理以及應(yīng)變和溫度傳感特性研究，推出光纖光柵的波長(zhǎng)和應(yīng)變(溫度)成正比，經(jīng)過標(biāo)定后就可用于橋梁結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)。針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，開發(fā)了埋設(shè)于混凝土的封裝光纖光柵，構(gòu)建了有多路光開關(guān)的光纖光柵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在探討光纖光柵布設(shè)工藝與保護(hù)措施的基礎(chǔ)上，成功地把5個(gè)裸光纖光柵和5個(gè)封裝光纖光柵布設(shè)于正在施工的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁中，測(cè)試了自重作用下的混凝土應(yīng)變，試驗(yàn)表明光

5、纖光柵測(cè)試值和理論值吻合的很好，實(shí)現(xiàn)了光纖光柵的絕對(duì)測(cè)量；測(cè)試了靜載作用下的混凝土應(yīng)變，試驗(yàn)表明光纖光柵測(cè)試值和電阻應(yīng)變磚測(cè)試值吻合的很好，同時(shí)也說明了管式封裝光纖光柵應(yīng)變傳感器是解決混凝土內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)的理想傳感元件，可用于橋梁結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)。 根據(jù)整體法進(jìn)行橋梁評(píng)估存在的困難，提出了建立橋梁結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)的局部評(píng)估方法，并在結(jié)構(gòu)線彈性范圍基礎(chǔ)上，導(dǎo)出橋梁結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算中荷載和反應(yīng)的關(guān)系，證明利用有限元理論計(jì)算可以建立橋梁結(jié)構(gòu)

6、安全評(píng)價(jià)指標(biāo)。這樣早期橋梁結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)可以利用理論計(jì)算，遠(yuǎn)期橋梁結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)可以利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和自身監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得到，并在研究人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理的基礎(chǔ)上，建立斜拉橋結(jié)構(gòu)的溫度和索力關(guān)系的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。 根據(jù)蕪湖長(zhǎng)江大橋斜拉橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能，研究了系統(tǒng)監(jiān)測(cè)內(nèi)容、測(cè)點(diǎn)的布置、系統(tǒng)軟、硬件和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)，給出了系統(tǒng)運(yùn)行的結(jié)果。最后把光纖光柵監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用在蕪湖長(zhǎng)江大橋的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，并對(duì)比了光纖光柵測(cè)試值和應(yīng)變片測(cè)試值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果