斜拉桥健康监测自动化采集监测系统的设计与实现

发布时间：2017-08-02 04:25

  本文关键词：斜拉桥健康监测自动化采集监测系统的设计与实现

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【摘要】：桥梁是对经济和社会发展至关重要的大型建筑物,但是它们却长期在恶劣的环境和气候条件下进行工作,大型桥梁往往设计复杂、施工困难、建设周期长、资金投入大,为此确保大型桥梁能够安全、可靠的运行非常必要。为了避免桥梁倒塌或破坏对经济和社会造成的负面影响,通常需要对桥梁进行健康监测以确保它们具备抵抗恶劣条件的能力。随着人们对桥梁正常运营的状况的关注度不断提升,越来越多的学者投入到了桥梁健康监测系统的研究工作当中。自动化采集监测系统是桥梁健康监测系统的组成部分,其具有智能化、系统化、自动化的特点,是获取桥梁结构信息的重要途径,因而对其进行设计研究具有重要的意义。本文首先根据文献资料及工程实际,总结归纳出斜拉桥常见病害,并对病害产生的原因进行分析,进而初步确定斜拉桥自动化采集监测系统的监测项目。接着对斜拉桥自动化采集监测系统的相关内容进行概述。其次,选取模型桥梁,通过Midas Civil2012有限元软件进行模拟,并对模型桥梁进行动静特性分析。再次,进行基于FBG的传感器模块设计,探讨了光纤光栅传感器传感原理及传感器选型等问题,基于传统经验并结合模型分析结果对传感器测点布置进行优化设计;接着对数据采集与传输模块进行设计,其内容包括数据采集硬件及软件设计、数据传输网络设计。最后,对数据采集系统的辅助支持系统进行设计,设计了一套基于太阳能对数据采集系统绿色供电的方案,引进桥梁健康监测绿色监测的理念。
【关键词】：斜拉桥 结构有限元分析 自动化采集监测系统 太阳能供电
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U446;U448.27
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 课题背景10-14
• 1.1.1 桥梁健康监测系统概述10-12
• 1.1.2 自动化采集监测系统的必要性12-14
• 1.2 国内外研究现状14-15
• 1.3 本文主要研究内容15-17
• 1.3.1 研究的目的和意义15-16
• 1.3.2 研究的主要内容16-17
• 第二章 斜拉桥健康监测的相关内容17-25
• 2.1 斜拉桥常见病害及原因17-18
• 2.1.1 拉索病害及原因17
• 2.1.2 主梁的裂缝病害及产生原因17
• 2.1.3 索塔病害及其产生原因17-18
• 2.2 斜拉桥健康监测的项目18-20
• 2.2.1 斜拉桥健康监测项目的选择因素19
• 2.2.2 斜拉桥健康监测的主要监测项目19-20
• 2.3 自动化采集监测系统的相关内容20-25
• 2.3.1 传感器模块20-21
• 2.3.2 数据采集与传输模块21-25
• 第三章 斜拉桥有限元分析25-37
• 3.1 模型桥梁工程概况25-26
• 3.1.1 斜拉桥概况25-26
• 3.1.2 设计荷载及荷载工况26
• 3.2 斜拉桥各类构件的模拟26-28
• 3.2.1 预应力主梁的模拟26-27
• 3.2.2 桥塔、桥墩的模拟27
• 3.2.3 斜拉索的模拟27-28
• 3.3 斜拉桥的边界模拟28-29
• 3.3.1 塔、墩、梁连接的模拟28
• 3.3.2 拉索与主梁、拉索与索塔连接的模拟28-29
• 3.4 混凝土特性发展变化的模拟29-31
• 3.4.1 收缩29-30
• 3.4.2 徐变30
• 3.4.3 抗压强度30-31
• 3.5 斜拉桥有限元模型分析31-37
• 3.5.1 斜拉桥有限元模型31
• 3.5.2 斜拉桥静力特性分析31-35
• 3.5.3 斜拉桥动力特性分析35-37
• 第四章 基于FBG的传感器模块设计37-57
• 4.1 模块的功能要求及选型原则37-38
• 4.1.1 功能要求37-38
• 4.1.2 选型原则38
• 4.2 不同监测方法的对比分析38-40
• 4.2.1 变形监测方法38-39
• 4.2.2 应变监测方法39
• 4.2.3 索力监测方法39
• 4.2.4 振动监测方法39-40
• 4.3 光纤光栅传感器原理40-43
• 4.3.1 光纤光栅传感的基本原理40-41
• 4.3.2 FBG的应变传感原理41-42
• 4.3.3 FBG的温度传感原理42
• 4.3.4 压力对FBG的作用42-43
• 4.4 光纤光栅传感器选型43-50
• 4.4.1 温度监测传感器43-45
• 4.4.2 变形监测传感器45-47
• 4.4.3 应力监测传感器47-48
• 4.4.4 索力监测传感器48-49
• 4.4.5 动力特性监测传感器49-50
• 4.5 传感器测点布置50-57
• 4.5.1 环境温度监测50
• 4.5.2 结构温度监测50-51
• 4.5.3 结构变形监测51-53
• 4.5.4 结构应力监测53-54
• 4.5.5 拉索索力监测54-55
• 4.5.6 动力特性监测55-57
• 第五章 数据采集与传输模块设计57-78
• 5.1 功能要求57-58
• 5.2 选型原则58
• 5.3 数据采集硬件设计58-62
• 5.3.1 数据的采集模式58-59
• 5.3.2 采集设备及系统配置设计59-61
• 5.3.3 系统时钟同步61-62
• 5.4 数据采集软件简介62-74
• 5.4.1 系统数据流程描述62-67
• 5.4.2 软件系统划分与技术路线67-68
• 5.4.3 数据采集软件设计68-71
• 5.4.4 数据采集软件的程序实现71-74
• 5.5 数据传输设计74-78
• 5.5.1 传输网络总体设计75-76
• 5.5.2 光纤收发器选型76-78
• 第六章 基于太阳能供电的辅助支持系统设计78-84
• 6.1 系统电源的太阳能供电方案设计78-82
• 6.1.1 太阳能发电的优越性78-79
• 6.1.2 太阳能发电系统组成79-80
• 6.1.3 太阳能供电的设计方案80-82
• 6.2 外场工作站机柜的设计82-83
• 6.3 采集系统防雷方案设计83-84
• 第七章 总结与展望84-86
• 7.1 总结84-85
• 7.2 展望85-86
• 致谢86-87
• 参考文献87-90
• 在学期间发表的论文和取得的学术成果90

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本文编号：607654