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基于机敏网的桥梁裂缝监测机理研究

作　者: 张旭
导　师: 张奔牛
学　校: 重庆交通大学
专　业: 工程力学
关键词: 裂缝监测机敏网裂缝宽度残余伸长率剪应力滞后
分类号: U446.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

我国近年来每年均有大量桥梁垮塌事故发生。不仅造成了人民生命损失，而且其直接和间接经济损失更是惊人。由于桥梁的设计和建设都是非常复杂的过程，而现有的桥梁箱梁结构技术不够成熟，难免会使桥梁在建成后存在一定的潜在安全问题；另外，桥梁在运营过程中，因为环境侵蚀、材料老化和荷载的长期效应、疲劳效应与突变效应等灾害因素的耦合作用，不可避免地会导致结构和系统的损伤积累和抗力衰减，任何因素对桥梁造成的损伤都可能成为桥梁运营的安全隐患，因此桥梁结构健康监测已经成为世界范围内重大桥梁结构工程的前沿研究方向。我国现役和在建桥梁绝大部分为混凝土桥梁，其结构性能的老化及失效均源于裂缝的发生和发展，因此对桥梁裂缝的长期在线监测在桥梁健康状态评估中具有非常重要的实用价值。然而，由于桥梁结构的大尺度特性，只有将传感器完全布满整个桥梁结构的关键区域，才能够有效监测到桥梁的裂缝状态。如果使用传统传感技术，不但监测成本过高，而且工量多，也不太方便，人们难以接受。因此，现阶段的桥梁结构的裂缝监测需要改进和发展。由于裂缝宽度监测的研究是桥梁结构的裂缝监测的核心问题，所以基于已实现桥梁裂缝情况监测的机敏网桥梁裂缝监测技术，开展裂缝宽度监测的研究是十分必要的。针对关系到桥梁安全的裂缝问题，本文在已实现桥梁裂缝情况监测的机敏网裂缝监测系统基础上，对其监测机理展开研究。首先，提出裂缝宽度与残余伸长率对应关系假设，采用剪应力滞后理论为依据，建立力学模型进行分析，然后，采用新型指标量制作不同规格的机敏线，模拟实际监测情况，进行裂缝宽度监测实验研究，以获得监测到的裂缝宽度与残余伸长率对应关系数据，与理论模型进行对比研究，验证其有效性，从而建立一套机敏网裂缝监测系统新型监测指标。最后，结合实际桥梁工程的裂缝监测来验证系统的监测效果。本文所做的研究有望促进基于机敏网的裂缝监测机理研究的深入和完善，为实时、在线和远程监测桥梁结构安全状况提供依据，进而采取积极措施，保障桥梁安全地运营。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-17
  1.1 研究背景和意义  8-9
  1.2 桥梁结构裂缝监测的概述  9
  1.3 桥梁结构裂缝监测的国内外研究现状  9-12
    1.3.1 基于点监测的桥梁裂缝监测研究  10
    1.3.2 分布式监测的桥梁裂缝监测研究  10-11
    1.3.3 基于图像识别的桥梁裂缝监测研究  11
    1.3.4 基于机敏网的桥梁裂缝监测研究  11-12
  1.4 桥梁裂缝监测系统应用实例  12-14
  1.5 当前桥梁裂缝监测系统分析  14-15
  1.6 本文主要解决的问题及方法  15
  1.7 本文的主要内容  15-17
第二章机敏网桥梁裂缝监测的基本技术介绍  17-25
  2.1 机敏网桥梁裂缝监测的基本原理  17-20
    2.1.1 基本思路  17
    2.1.2 监测原理  17-18
    2.1.3 基本算法  18-20
  2.2 机敏网仿生裂缝监测系统组成  20-23
    2.2.1 机敏网仿生监测阵列  21-22
    2.2.2 中间处理器  22
    2.2.3 终端处理器  22-23
  2.3 机敏网仿生裂缝监测系统参数  23
  2.4 本章小结  23-25
第三章用于机敏网裂缝宽度监测的剪滞模型分析  25-39
  3.1 剪滞模型概述  25
  3.2 基于剪应力滞后分析的平面应力模型  25-27
    3.2.1 模型分析  25-26
    3.2.2 基本假设  26-27
  3.3 模型推导  27-35
  3.4 实际计算应变传递因子  35-36
  3.5 混凝土裂缝开裂宽度与机敏线的伸长率的关系  36-38
  3.6 本章小结  38-39
第四章机敏网裂缝宽度监测的实验研究  39-52
  4.1 实验目的  39
  4.2 实验设计  39-40
    4.2.1 实验原理  39
    4.2.2 实验方案  39-40
  4.3 实验试件的设计与制作  40-42
    4.3.1 实验试件的设计  40-41
    4.3.2 实验试件制作工艺  41-42
  4.4 实验过程  42-44
    4.4.1 实验器材  42
    4.4.2 实验步骤  42-43
    4.4.3 实验小结  43-44
  4.5 实验结果分析及模型计算  44-51
    4.5.1 残余伸长率的设定  44-46
    4.5.2 实验数据统计与分析  46-49
    4.5.3 代入模型计算  49-51
  4.6 本章小结  51-52
第五章裂缝监测系统的实际桥梁验证  52-62
  5.1 桥梁概况  52-53
  5.2 大桥裂缝监测系统硬件系统设计  53-54
    5.2.1 硬件系统设计概述  53
    5.2.2 硬件系统具体设计  53-54
  5.3 大桥裂缝监测系统软件系统设计  54-55
  5.4 裂缝监测的安装情况  55-59
    5.4.1 安装方案概述  55-56
    5.4.2 施工管理与组织  56
    5.4.3 裂缝监测系统  56-58
    5.4.4 其它仪器及设施  58-59
  5.5 裂缝长期监测情况  59-60
  5.6 本章小结  60-62
第六章总结与展望  62-64
  6.1 本文主要结论  62-63
  6.2 存在的问题及有待进一步研究的工作  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-71
在学期间发表的论著及取得的科研成果  71

基于机敏网的桥梁裂缝监测机理研究

内容摘要

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