隧道式锚碇结构位移监测方法及系统研究

发布时间：2017-10-07 16:07

  本文关键词：隧道式锚碇结构位移监测方法及系统研究

  更多相关文章： 位移监测 悬索桥锚碇 激光图像 压力参考法 加速度传感器

【摘要】：三峡库区蓄水后,锚碇的受力和外形受到复杂的水蚀环境影响而发生改变。锚碇是悬索桥承载结构的主要部分,锚碇结构一旦遭到破坏,不仅会威胁锚碇系统的自身安全,而且会危害到全桥结构的稳定性,造成生命财产的损失。因此,研发出能够审时度势的锚碇结构位移监测方法及系统迫在眉睫。结合重庆市科技攻关计划项目“悬索桥锚固系统安全监测、评估与预警关键技术攻关与示范”,对国内外锚碇结构、桥梁监测系统及方法等相关技术进行研究。在此基础上,给出4种锚碇结构位移监测方法及系统,简要介绍如下:(1)点激光投射式锚碇结构位移监测方法及系统。该系统通过像素标定建立了物面和像面的对应关系,利用提出的激光光斑中心检测算法,实时获取点激光光斑中心坐标,通过给出的位移计算公式,反演出了锚碇结构位移。利用误差修正模型,有效的提高了系统的监测性能。实验表明,在较复杂的噪声干扰下,点激光光斑中心检测误差为1.75%;当锚碇受力方向的位移在25mm之内时,系统的测量精度可达0.1mm,测量误差可控制在2.16%以内。应用最小二乘法建立线性回归方程,并估算出方程表达式,模型的拟合优度R2为90.29%,预测效果较好。目前,已有两座桥梁应用该系统进行健康监测,监测效果较好。(2)线激光投射式锚碇结构位移监测方法及系统。在分析系统误差来源的基础上,对系统提出改进,该系统能够同时测量锚固面及其索股的位移,并且能够剔除准直激光发射器和视频采集装置的扭转误差。提出一种基于动态差分的光斑中心检测算法,该算法通过差分图像采集、动态图像提取、图像滤波、图像校正、光斑中心检测的方式实时监测线激光光斑图像。利用开发的软件,将最终获得的信息进行分析处理,获得锚碇结构的真实位移。研究结果表明,当测量范围为-100mm~+100mm,视频采集装置分辨率为1920×1080像素时,测量精度可轻松达到0.1mm。与提出的点激光投射式锚碇结构位移监测方法进行对比分析,实验结果具有较好的一致性。(3)液压式锚碇结构位移监测方法及系统。该系统在保持液位高度恒定的同时,无需计算液体密度和重力加速度,即可实时准确地监测锚碇结构变化。针对锚跨索股拉力对锚碇位移的作用关系,给出一种锚跨索股位移和张力测量方法及系统,为进一步分析锚固系统整体性能做了铺垫。(4)基于MEMS的锚碇结构位移监测方法及系统。该系统通过三轴重力加速度传感器ADXL335确立了倾角与电压值之间的对应关系,并结合三次样条插值和去极值均值滤波等算法,实现了倾斜位移的测量。实验验证了系统的性能。综上所述,本文研究和设计了4种锚碇结构位移监测方法及系统,对悬索桥锚固系统的综合评估和预警有着重要意义。
【关键词】：位移监测 悬索桥锚碇 激光图像 压力参考法 加速度传感器
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U446;U448.25;TP274
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 研究背景及意义11-13
• 1.2 国内外研究现状13-16
• 1.2.1 锚碇的研究现状13-14
• 1.2.2 桥梁监测系统及方法的研究现状14-16
• 1.3 主要研究内容及创新点16-18
• 1.3.1 主要研究内容16-17
• 1.3.2 创新点17-18
• 1.4 论文组织结构18
• 1.5 本章小结18-19
• 第二章 点激光投射式锚碇结构位移监测方法及系统19-48
• 2.1 引言19
• 2.2 系统组成及原理19-20
• 2.2.1 系统组成19
• 2.2.2 测量原理19-20
• 2.3 数字图像像素标定20-23
• 2.4 激光光斑中心检测23-28
• 2.4.1 光斑识别24-25
• 2.4.2 形态学滤波25-26
• 2.4.3 光斑中心拟合26-28
• 2.5 误差分析28-32
• 2.6 实验分析32-42
• 2.6.1 精度实验32-34
• 2.6.2 干扰实验34-35
• 2.6.3 远程在线监测系统实现35-40
• 2.6.4 监测数据分析40-42
• 2.7 回归分析42-46
• 2.7.1 线性预测模型42
• 2.7.2 散点图42-43
• 2.7.3 直线回归方程43
• 2.7.4 误差估计与决定系数43-44
• 2.7.5 回归方程关系显著性F检验44
• 2.7.6 回归关系显著性的t检验44-45
• 2.7.7 线性预测45
• 2.7.8 高次多项式预测模型45-46
• 2.8 本章小结46-48
• 第三章 线激光投射式锚碇结构位移监测方法及系统48-62
• 3.1 引言48
• 3.2 系统组成及原理48-49
• 3.2.1 系统组成48
• 3.2.2 测量原理48-49
• 3.3 性能分析49-50
• 3.3.1 测量精度49-50
• 3.3.2 时间开销50
• 3.4 误差分析50-53
• 3.4.1 结构性误差及应对50-52
• 3.4.2 环境影响及误差应对52-53
• 3.5 动态差分激光光斑中心检测算法53-55
• 3.5.1 算法实现流程53-55
• 3.5.2 中心检测运算55
• 3.6 实验分析55-59
• 3.6.1 线激光光斑检测实验56-57
• 3.6.2 数据处理57-58
• 3.6.3 在线实验58-59
• 3.7 对比实验59-60
• 3.8 本章小结60-62
• 第四章 液压式锚碇结构位移监测方法及系统62-71
• 4.1 引言62
• 4.2 锚固面位移测量62-64
• 4.2.1 测量装置62
• 4.2.2 测量原理62-63
• 4.2.3 误差分析及修正63-64
• 4.3 索股位移及索力测量64-70
• 4.3.1 测量装置64
• 4.3.2 测量原理64-65
• 4.3.3 液面高度测量65-66
• 4.3.4 误差分析及应对66-68
• 4.3.5 简化方案68-70
• 4.4 本章小结70-71
• 第五章 基于MEMS的锚碇结构位移监测方法及系统71-79
• 5.1 引言71
• 5.2 系统测量原理71-72
• 5.2.1 锚碇结构位移测量原理71-72
• 5.2.2 倾角测量原理72
• 5.3 系统硬件设计72-74
• 5.3.1 ADXL335三轴重力加速度模块73
• 5.3.2 太阳能供电模块73-74
• 5.3.3 数据传输模块74
• 5.4 系统软件设计74-76
• 5.4.1 倾角测量软件设计74-75
• 5.4.2 蓄电池充电算法设计75-76
• 5.4.3 蓄电池放电算法设计76
• 5.5 实验与数据处理76-78
• 5.5.1 数据处理与校验76-78
• 5.5.2 实验分析78
• 5.6 本章小结78-79
• 第六章 总结与展望79-82
• 6.1 总结79-80
• 6.2 展望80-82
• 致谢82-83
• 参考文献83-87
• 作者在学期间的研究成果87

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 汪海滨;高波;;隧道式复合锚碇的作用机理[J];西南交通大学学报;2005年06期

2 汪海滨;高波;朱栓来;陈刚毅;;四渡河特大桥隧道式锚碇数值模拟[J];中国公路学报;2006年06期

3 江忠贵;;万州长江二桥隧道式锚碇与钻岩锚组合结构计算分析和设计[J];世界桥梁;2006年02期

4 邵国建;潘辉;胡丰;;深厚覆盖层下锚碇沉井基础选型的量化对比分析[J];地下空间与工程学报;2013年S2期

5 周世忠;江阴长江公路大桥北锚碇的施工与控制[J];国外桥梁;2000年04期

6 许修亮,莫顶勋;厦门海沧大桥锚碇大体积砼裂缝的温控[J];广东公路交通;2000年S1期

7 王令侠;;新建南广铁路西江特大桥临时锚碇设计与施工[J];科技创新与应用;2014年09期

8 倪红;;盐边溼鱼大桥岩锚锚碇施工技术[J];低碳世界;2014年09期

9 游晓敏;黄宏伟;;悬索桥锚碇剪切滑移的机理及试验初探[J];岩土力学;2007年02期

10 夏运强;李华军;唐筱宁;;水下嵌入式混凝土锚体锚碇力试验研究[J];工程力学;2007年11期

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 孙钧;李永盛;冯紫良;;江阴长江公路大桥北锚碇变形与稳定研究[A];中国土木工程学会第七届年会暨茅以升诞辰100周年纪念会论文集[C];1995年

2 汪海滨;高波;;悬索桥隧道式复合锚碇承载力计算方法[A];2005年全国博士生学术论坛（土木建筑学科）论文集[C];2005年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 江南;铁路悬索桥隧道式锚碇承载机理及计算方法研究[D];西南交通大学;2014年

2 朱晓文;结构安全监控技术研究及其在润扬大桥北锚碇地基基础的应用[D];东南大学;2005年

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 姚进强;隧道式锚碇结构位移监测方法及系统研究[D];重庆交通大学;2016年

2 卢元刚;悬索桥根式锚碇基础变位分析[D];合肥工业大学;2009年

3 周磊;悬索桥锚碇结构长期安全监测合理测点布置技术研究[D];重庆交通大学;2012年

4 陈奇;基于动力非线性的隧道式锚碇力学响应分析[D];重庆交通大学;2014年

5 黎高辉;基于变位规律的锚碇隧道围岩损伤度安全阈值研究[D];长沙理工大学;2009年

6 闫卫玲;悬索桥主缆索力作用下沉井锚碇的力学分析[D];湖北工业大学;2015年

7 万昌中;悬索桥特大沉并锚碇的沉降计算[D];湖北工业大学;2013年

，

本文编号：988777