斜拉桥结构健康监测系统中压力场挠度监测方法的研究

摘要

20世纪60年代以来，在国内外众多桥梁结构倒塌损毁事故的警示下，各个国家对桥梁结构的安全都非常重视，做了许多桥梁检测和评估工作。早期的桥梁检测工作一般都需要封闭交通，并且对于桥梁结构的损伤不能在它产生初期就及时发现并维修。随着现代传感技术、数据通信技术和计算机技术的发展，在桥梁工程上建立一个长期的、实时的、能及时采集到桥梁结构信息并分析结构状态的监测系统成为目前一个研究热点。 桥梁结构的变形是桥梁最直接和最直观的安全指标之一，在桥梁结构健康监测系统中，桥梁结构的变形监测常被列为最主要的监测内容之一，而传感器系统又是桥梁结构健康监测系统的基础组成部分。本文介绍了各种桥梁挠度监测系统的工作原理和特点，最后着重介绍了压力场挠度监测系统的原理和组成。 传感器系统的精确性直接决定着整个健康监测系统的优劣，本文使用流体有限元软件FLUENT对压力场挠度系统进行数值模拟分析，采用三维雷诺时均N-S方程描述，用标准κ-ε湍流模型模拟实际管流，进出口采用VOF方法处理。压力管部分利用UDF和动网格技术使其下挠来模拟桥梁结构挠度产生过程，在此过程中，计算得到每一个时间步时的压强和竖向挠度，然后统计分析压强与挠度之间的相关性。 并进一步通过数值模拟计算来分析各种因素对压力场挠度系统的压挠相关性的影响，主要讨论的因素包括挠度产生的时间、挠度幅值的大小、压力管内壁的粗糙高度和两端水箱的水位高度。然后分析了在实际工程中，不同压力管布置方式的系统的性能。 最后，关于进一步工作的方向进行了简要的讨论。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 引言

1.1 论文背景

1.2 研究现状

1.3 本文主要工作

第2章 桥梁健康监测系统发展介绍

2.1 桥梁健康监测系统的意义

2.2 桥梁健康监测系统国内外发展过程

2.3 桥梁健康监测系统的设计与构成

2.4 桥梁健康监测系统目前研究方向

2.5 恒丰北路立交桥健康监测系统介绍

第3章 压力场桥梁挠度监测系统

3.1 挠度的产生

3.2 各种桥梁挠度监测系统比较

3.3 压力场挠度监测系统介绍(本文方法)

第4章 流体有限元模拟计算分析

4.1 引言

4.2 数值模拟方案设计

4.3 湍流模型

4.4 VOF模型

4.5 管壁粗糙度

4.6 UDF和动网格技术

4.7 FLUENT简介

4.8 GAMBIT建立模型

4.9 FLUENT计算操作

4.10 计算结果

第5章 挠度系统压挠相关性分析和工程应用

5.1 各因素对压挠相关性的影响

5.2 恒丰北路立交桥挠度系统数值模拟

5.3 海口世纪大桥挠度系统数值模拟

5.4 海口世纪大桥挠度系统现场测量数据分析

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献