基于厦门BRT桥梁结构群的桥梁健康监测与安全预警集成系统研究

作     者：骆维斌 

作者单位：兰州交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘世忠

授予年度：2016年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：桥梁结构 健康监测 厦门BRT GPS 光纤光栅 监测系统 传感器 

摘      要：桥梁工程在国家建设和人民生活中具有至关重要的作用,近年来,我国桥梁建设事业有了飞跃性的发展,迄今依然保持着这种趋势。在飞速发展的桥梁建设事业中,桥梁建设过程和后期运营安全性便成为桥梁学者和管理者们所关注的话题,得益于网络技术和传感器技术的发展,如今对新建或在役桥梁结构设计安装结合多学科、多组织、多功能于一体的完整桥梁结构在线监测系统的技术已经较为成熟。本文以厦门BRT在役桥梁结构群为研究对象,建立一套适合类似厦门BRT桥梁结构的多种传感器、多测站、满足相关数据采集要求的设备、多级计算机分析处理和健康评估为一体的完整的桥梁结构健康监测系统,该系统的最终目的是要实现对桥梁健康状况进行在线实时监测并对监测数据进行处理,对出现损伤的桥梁结构能够及时预警报警,从而实现桥梁结构安全运营的目标。本论文主要内容和结论有:(1)阅读国内外关于桥梁结构健康监测相关资料,了解桥梁结构健康监测技术的发展与应用现状,从桥梁健康监测的概念出发,以桥梁健康监测的目的及意义为契机,介绍了桥梁健康监测系统的建立对于保障交通安全出行和结构整体运营性能良好的重要性,阐明了桥梁健康监测系统的组成及功能。(2)根据本文所研究的对象厦门BRT桥梁结构设计特点,健康监测系统建立所需要的相关参数,介绍了适合该类型桥梁结构检测的内容及传感器类型的选择,此外,还对本文研究健康监测系统设计所主要采用的光纤光栅(FBG)传感器及GPS技术在桥梁健康监测中的应用进行研究。(3)从桥梁健康监测系统总体设计为出发点,对厦门BRT桥梁结构健康监测的内容、监测项目及所要使用的传感器、数据采集与传输设计原则和对桥梁结构预警损伤识别方法进行研究。(4)根据厦门BRT桥梁结构特点,提出了厦门BRT桥梁的结构健康监测系统设计的总体方案,从系统建立时应遵循的基本原则、系统的基本构成、健康监测系统应具备的功能、基本监测项目的确定、系统所要采用传感器的选择等方面展开研究,确定了厦门BRT桥梁结构健康监测系统的主要监测项目、内容,所要采用的传感器及传感器优化布设应遵循的原则,同时也对适合其桥梁结构的损伤预警、识别方法进行了总结,为厦门BRT桥梁的结构健康监测系统的设计提供基本技术支撑。(5)研究了适合厦门BRT桥梁结构特点的满足传感器布置要求的6类普通测点的优化布置以及5种振动、应变测点优化布置方法(热点应力法、MAC矩阵法、模态应变能法、广义应变能密度法、遗传算法)。采用模态应变能法、广义应变能密度法及热点应力法对桥梁结构群中3座具有代表性的桥梁进行振动、应变测点的优化研究,得到以达到最佳性价比的振动、应变测点的优化布设位置。(6)根据厦门BRT桥梁结构以及原有高架桥车站的设置特点,研究得到了可以在每两座桥梁处设置一个数据采集站、原有车站处设上一级监测站的“小集中分散设站优化原则,还给出了健康监测系统建成以后的数据采集优化方案。(7)以厦门BRT桥梁结构为对象,研究提出了一种从传感器的布置、测站设置、数据采集优化、数据传输等综合完整健康监测系统的具体实施方案,同时提出了适合该类桥梁结构健康状况评估的模型与应用方法,初步确定了一座桥梁部分监测项目的参考预警值,为桥梁健康状况实现预警预报。