斜拉桥的索力无线测试系统研究

发布时间：2019-09-26 17:27

【摘要】：随着桥梁工程建设的快速发展,桥梁在结构形式与功能上也日益多样化和复杂化,而斜拉桥在桥梁的结构设计与施工等方面,正在受到越来越多的欢迎。斜拉桥的结构体系中,斜拉索不仅起到连接主梁和索塔、传递内力和形变的作用,更重要的是能够利用它们相互间的索力调适对结构的整体抗变性和对称性进行调节,进而保持结构始终处于平衡与稳定状态。因此,在斜拉桥梁中斜拉索是最为关键的构件,它的索力值是评估桥梁整体性能状态的重要指标。由于传统索力检测采用的直接测量法和有线测量技术,存在成本高、便利性差及人力耗费大等不足,本文基于振动频率法和无线传感技术,研制了低成本、高性能和快捷方便的斜拉桥索力的无线检测系统。首先,在分析基于振动频率法的索力测量原理以及索的线性振动理论基础上,推导了考虑索的刚度和垂度等因素影响下的索力实用计算公式；其次,在分析网络拓扑结构协议基础上,完成了系统的总体结构规划,详细描述了网络节点的模块化设计,包括传感单元、信号调理单元、射频单元、存储单元等；再次,针对桥梁索力多点测量的要求和存在的问题,分析了无线传感器网络中时间同步机制的影响要素,设计了低开销型的时间同步算法,并进行了仿真验证；最后,在利用所开发的无线测试系统进行实验室斜拉索模型和小型斜拉桥的验证实验的基础上,将该系统进一步在大型斜拉桥索力测量工程中加以应用。研究表明,所开发的基于振动频率法和无线传感技术的斜拉桥索力测试系统,能够实时、准确地进行斜拉索的振动检测和索力识别,从而为桥梁的安全性能评估提供了依据和保障。相对于传统检测方法,该系统具有简便实用、布设快捷等特点,具有较好的应用前景和实用价值。
【图文】：

示意图,电磁传感器,示意图,传感线圈

然后根据索力、温度与磁通量变化的关系推算出索力大小。电磁传感器包括两个独立的电磁线圈，如图1.1所示，外面的大线圈被称为磁激线圈，用来产生磁场以磁化拉索；当移除加在磁激线圈的电流时，已磁化的拉索的磁通量密度变化会激发小的传感线圈产生电压信号。对于斜拉索使用的铁磁材料，可以在试验室进行多组不同应力和温度下的试验，以建立磁通量变化与结构应力和温度的关系，进而可用来测定用该种材料制造的斜拉索索力。铁磁材料的磁导率与传感线圈的感应电压关系，可以描述如下：；(1.2)As L 厂。 -其中，/i,为索的相对磁导率，和4分别表示传感线圈和拉索的横截面面积

斜拉索,坐标系,方程,模型

2. 1索的基本控制方程图2.1显示了一个斜拉索模型和它的坐标系。其中，0点作为坐标系的原点，OP方向作为X轴，垂直于(9P方向且斜向下的为:F轴正方向。另外，，0和/分别表示斜拉索的倾斜角度和长度。首先，假定斜拉索的垂跨比cr = W/。足够小（<7<<1)；其次，斜拉索仅在X-J平面振动，且在X方向的振动可以忽略不计
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U448.27

【参考文献】