钢管混凝土拱桥健康监测数据测量系统设计与开发

发布时间：2017-08-10 12:16

  本文关键词：钢管混凝土拱桥健康监测数据测量系统设计与开发

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【摘要】：桥梁数据测量系统(传感器系统、数据采集与传输系统),是科学量化桥梁状态的基础性第一步,其测量的数据是否有效、准确、及时、可靠将极大的影响监测效果。本文以石门水库大桥为依托,开展钢管混凝土拱桥数据测量系统硬件选型和软件开发与设计的研究工作。首先,根据钢管混凝土拱桥的结构特点,调研并分析对比钢管内混凝土脱空、索力、吊索(杆)损伤的检测/监测技术,得出其在桥梁健康监测中的适用性并给钢管混凝土拱桥传感器系统设计提供依据。结合上述工作,给出石门水库大桥健康监测的传感器系统方案设计,并关注在实际工程中的检测、安装与现在调试。该方案能够实现对钢管混凝土拱桥各项监测内容有效的监测。然后,为了解决桥梁健康监测数据采集与传输子系统的实时性、同步性、网络化、灵活性、可靠性和多监测内容集成问题。基于NI CompactRIO数据采集平台的中心处理器+可编程逻辑门阵列架构设计与开发了一套桥梁健康监测数据实时同步采集程序,实现了多采集模块、多通道间精确的实时同步采集。并基于面向服务的架构对程序进行模块化设计与开发,实现了桥梁健康监测数据采集与传输程序灵活的自定义设计。还从数据采集与传输系统软硬件选型和专门的程序设计两个方面保证了系统的可靠性。分析桥梁健康监测数据测量系统多监测内容的集成可行性,并给出集成技术路线。最终,完成石门水库大桥数据采集与传输系统的方案设计,该方案有效的解决了桥梁健康监测数据采集与传输子系统面临的各项问题。最后,为了验证设计与开发的数据测量系统,将设计的数据测量系统简化并应用到石门水库大桥Benchmark模型实验中并进行测试,实现对实验数据准确、可靠、实时的测量。
【关键词】：桥梁健康监测 钢管混凝土拱桥 数据测量系统 CompactRIO CPU+FPGA 可靠性 同步性 实时性
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U446
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 桥梁健康监测概述11-12
• 1.2 桥梁健康监测系统的组成12-13
• 1.3 桥梁健康监测系统设计与实施13-14
• 1.3.1 桥梁健康监测系统的监测内容13
• 1.3.2 桥梁健康监测系统的监测等级13-14
• 1.3.3 桥梁健康监测系统的实施14
• 1.4 桥梁健康监测数据测量系统的意义14-15
• 1.5 桥梁健康监测数据测量系统国内外研究动态15-20
• 1.5.1 国外应用现状15-16
• 1.5.2 国内应用现状16-20
• 1.6 目前研究与应用存在的一些问题和不足20
• 1.7 依托工程简介20-21
• 1.8 本文研究内容21-23
• 第二章 钢管混凝土拱桥健康监测传感器系统设计23-28
• 2.1 概述23
• 2.2 钢管内混凝土脱空监测23-25
• 2.3 吊索（短索）索力监测25-26
• 2.4 吊索（杆）损伤的监测26-27
• 2.5 本章小节27-28
• 第三章 石门水库大桥健康监测传感器系统方案设计28-40
• 3.1 概述28
• 3.2 传感器选择及位置布置28-30
• 3.3 重点监测内容方案30-33
• 3.3.1 吊杆力监测方案30
• 3.3.2 振动监测方案30-32
• 3.3.3 钢管内混凝土脱空监测方案32
• 3.3.4 吊杆腐蚀、滑丝、断丝等损伤监测方案32-33
• 3.4 其它监测内容方案33-39
• 3.4.1 环境荷载监测方案33-34
• 3.4.2 结构温度监测方案34-35
• 3.4.3 桥梁应变监测方案35-36
• 3.4.4 交通荷载监测方案36
• 3.4.5 拱肋、桥面变形监测方案36-38
• 3.4.6 支座位移监测方案38-39
• 3.5 本章小节39-40
• 第四章 桥梁健康监测数据采集与传输系统研究与设计40-64
• 4.1 概述40-41
• 4.2 与传统桥梁检测数据采集系统的对比41-42
• 4.3 桥梁健康监测数据采集系统的软硬件选型设计42-56
• 4.3.1 桥梁健康监测数据采集系统硬件选型设计42-45
• 4.3.2 桥梁健康监测数据采集系统软件选型设计45-48
• 4.3.3 数据采集系统可靠性设计48-49
• 4.3.4 数据采集系统同步性设计49-53
• 4.3.5 数据采集系统实时性设计53-55
• 4.3.6 数据采集系统的模块化设计55-56
• 4.4 桥梁健康监测数据传输系统研究与设计56-60
• 4.4.1 数据传输系统分类及特点56-59
• 4.4.2 数据传输系统选型及设计59-60
• 4.5 桥梁健康监测数据测量系统的集成技术研究60-63
• 4.5.1 桥梁健康监测数据测量系统的集成可行性分析60-61
• 4.5.2 桥梁健康监测数据测量系统集成的技术路线61-63
• 4.6 本章小节63-64
• 第五章 石门水库大桥健康监测数据采集系统设计与开发64-82
• 5.1 石门水库大桥数据采集系统需求及功能分析64-65
• 5.2 石门水库大桥数据采集系统总体设计65-70
• 5.2.1 硬件组成65-66
• 5.2.2 软件开发66-70
• 5.3 石门水库大桥健康监测数据采集系统的模块化设计与实施70-77
• 5.3.1 监测内容采集服务71-72
• 5.3.2 人机界面控件服务72-75
• 5.3.3 数据记录服务75-77
• 5.4 桥梁健康监测数据采集系统的可靠性设计与实施77-78
• 5.5 桥梁健康监测数据采集系统的实时性设计与实施78-79
• 5.6 桥梁健康监测数据采集系统的同步性设计与实施79-80
• 5.7 本章小节80-82
• 第六章 基于CPU+FPGA的嵌入式数据测量系统的测试与应用82-99
• 6.1 模型的设计与制作82-84
• 6.2 监测内容的确定84-86
• 6.3 传感器子系统86-91
• 6.3.1 温度86-87
• 6.3.2 位移87-88
• 6.3.3 加速度88-89
• 6.3.4 应变89
• 6.3.5 吊杆力89-90
• 6.3.6 传感器方案及布置90-91
• 6.4 数据采集和传输系统方案91-95
• 6.4.1 数据采集硬件91-92
• 6.4.2 数据传输系统92-93
• 6.4.3 数据采集与传输软件93-95
• 6.5 石门水库大桥模型数据测量系统测试及结果分析95-98
• 6.5.1 振动监测系统同步性测试及结果分析95-97
• 6.5.2 位移监测系统传感实验97-98
• 6.6 本章小节98-99
• 结论与展望99-101
• 结论99-100
• 展望100-101
• 参考文献101-107
• 致谢107

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：650678