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无线智能骨料结构健康监测系统研发与应用

发布时间:2018-05-02 11:59

  本文选题:结构健康监测 + 无线传感器网络 ; 参考:《沈阳建筑大学》2015年硕士论文


【摘要】:当前,我国处于大规模的基础设施建设时期,混凝土结构作为应用最普遍的一种结构形式,被广泛的应用于各类工程结构的建设中。在其漫长的服役过程中,不可避免地产生材料老化及损伤现象,从而降低结构的可靠性,因此,结构安全问题一直受到广泛的关注。结构健康监测技术作为一种保障结构安全的有效手段,已经成为土木工程领域研究的热点之一。其中,基于压电材料的结构健康监测技术经过众多学者的研究,取得了初步的成果。然而,由于信号传输成本高并且缺乏配套监测系统的开发而未能广泛地应用到实际工程中。基于上述背景,本文的主要目标为利用无线传感器网络技术,结合基于压电陶瓷的混凝土结构健康监测技术,研发了一套基于无线智能骨料的混凝土健康监测系统,以满足实际工程监测的需要。本文的主要工作包括:(1)总结了基于压电陶瓷健康监测技术在混凝土结构中应用的优势和不足,并针对现存问题提出了本文研究的主要目标、内容和方法。(2)以压电智能骨料为传感器,通过相关无线射频模块、采样模块、电源模块、电荷放大器的开发,制成了无线智能骨料健康监测节点。可实现对监测点信息的采集并将采集到的信号无线发射到网关,构成了系统的最基本单元。(3)以压电波动法为理论基础,开发了可实时对混凝土裂缝进行监测的主动监测模块和对混凝土结构动态荷载的进行监测的被动监测模块。通过混凝土梁的裂缝损伤试验验证了系统主动监测模块的可靠性与稳定性。通过钢筋混凝土T梁桥试件主梁在撞击荷载作用时的内部应力监测试验和车辆动态重量监测试验,验证了系统被动监测模块的可靠性与稳定性。(4)以Zigbee802.15.4协议为数据传输网络,以Beedata软件为核心平台对各监测节点的信息进行汇总,形成一套由笔记本电脑和无线智能骨料健康监测节点为核心的结构健康监测系统。可实现对混凝土结构的裂缝、应力等物理量的实时在线的远程监测。该系统已经在风机基础结构健康监测实际工程取得应用,验证了该系统地有效性。
[Abstract]:At present, China is in the period of large-scale infrastructure construction, concrete structure as the most common form of structure, is widely used in the construction of all kinds of engineering structures. In the long service process, material aging and damage will inevitably occur, thus reducing the reliability of the structure. Therefore, structural safety has been widely concerned. As an effective means to ensure structural safety, structural health monitoring technology has become one of the hotspots in the field of civil engineering. Among them, the structure health monitoring technology based on piezoelectric materials has been studied by many scholars, and some preliminary results have been obtained. However, because of the high cost of signal transmission and the lack of development of supporting monitoring system, it can not be widely used in practical engineering. Based on the above background, the main goal of this paper is to develop a concrete health monitoring system based on wireless intelligent aggregate, which is based on wireless sensor network technology and piezoelectric ceramic based concrete structure health monitoring technology. To meet the needs of actual engineering monitoring. The main work of this paper includes: (1) the advantages and disadvantages of the application of piezoelectric ceramic health monitoring technology in concrete structures are summarized, and the main objectives of this paper are put forward in view of the existing problems. Content and method. Using piezoelectric intelligent aggregate as sensor, wireless intelligent aggregate health monitoring node is made through the development of wireless radio frequency module, sampling module, power supply module and charge amplifier. It can collect the information of the monitoring point and transmit the collected signal wireless to the gateway, which constitutes the most basic unit of the system, which is based on the piezoelectric wave method. An active monitoring module for monitoring concrete cracks and a passive monitoring module for monitoring dynamic loads of concrete structures are developed. The reliability and stability of the active monitoring module are verified by crack damage test of concrete beam. Through the internal stress monitoring test and vehicle dynamic weight monitoring test of the main beam of reinforced concrete T-beam bridge under impact load, the reliability and stability of the passive monitoring module of the system are verified. (4) the Zigbee802.15.4 protocol is used as the data transmission network. Taking Beedata software as the core platform, the information of each monitoring node is summarized, and a set of structural health monitoring system with notebook computer and wireless intelligent aggregate health monitoring node as the core is formed. It can be used to monitor the cracks, stresses and other physical quantities of concrete structure in real time and on line. The system has been applied in the practical project of fan infrastructure health monitoring, and the effectiveness of the system has been verified.
【学位授予单位】:沈阳建筑大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TU317

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本文编号:1833791

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