桥梁健康监测数据处理方法研究及软件开发

发布时间：2017-06-09 13:11

  本文关键词：桥梁健康监测数据处理方法研究及软件开发，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着桥梁运营安全问题日益突出,传统的人工检测方法已经不能确保大跨度桥梁结构的运营安全,桥梁健康监测系统逐渐成为桥梁运营维护的发展方向。然而,目前桥梁健康监测系统存在一定的“重硬件,轻软件,重数据,轻处理”思想,在利用众多精密传感器和采集设备的同时,忽略了对采集数据的合理处理与分析,导致无法准确掌握桥梁运营状态,制约了桥梁健康监测系统对桥梁日常运营的保障作用。为此,需要发展一套高效、全面和可靠的桥梁健康监测数据处理方法,深入分析各类监测数据的规律,挖掘反应桥梁真实工作状态的信息,为桥梁预警与评估提供支持。本文以新光大桥健康监测系统为背景,系统地研究了监测数据的处理和分析方法,并编制了一套数据处理软件。具体工作内容如下:(1)对现有的桥梁健康监测数据处理方法研究进行了综述。(2)开展桥梁健康监测数据预处理方法研究,应用于解决新光大桥健康监测中出现的数据遗漏、数据异常和数据存在噪声干扰问题。(3)开展温度数据处理方法研究,基于大气和构件实测温度数据研究得到了大气温度分布和构件温度场。开展风速风向数据处理方法研究,基于实测风速风向数据研究得到了桥址区台风平均风特性和脉动风特性。开展车流量数据处理方法研究,基于流量-车道占有率模型研究了新光大桥交通状况和单车道通行能力。开展应力数据处理方法研究,基于实测应变数据研究得到了构件应力的统计参数和变化规律。开展桥梁模态参数识别方法研究,利用随机子空间法和峰值识别法,识别出新光大桥的前十阶模态参数。开展吊杆索力识别方法研究,基于频率法提出了新光大桥吊杆的索力-频率模型,并识别出索力。(4)研究了大气温度与构件应力、大气温度与吊杆索力以及大气温度和大气湿度与桥梁动力特性之间的关联性。在此基础上提出了构件温度应力、恒载应力和随机活载应力的分离方法,基于该方法进行新光大桥的构件应力分离,得到温度应力、恒载应力以及随机活载应力。(5)针对新光大桥健康监测数据的特点,在MATLAB GUI平台上开发了一款桥梁健康监测数据处理软件,实现了桥梁健康监测数据高效以及可靠的处理。在完成上述工作的基础上,本文得到了以下结论:(1)新光大桥构件在纵向和竖向都存在温度差,在进行温度效应分析时,不但要考虑桥梁整体的升降温,还需要考虑构件局部的温度差。混凝土构件温度和大气温度之间存在时间滞后。(2)新光大桥桥址区台风纵向风功率谱和规范推荐的Simiu谱存在差异。(3)新光大桥单车道最大通行能力为1792辆/h。实测车流量和车道占有率数据表明,新光大桥交通状况良好,较少发生交通拥堵现象。(4)大气温度是影响构件应力变化的主要因素。应力和大气温度之间存在着近似线性的关系,可以利用线性拟合的方法进行应力分离,得到温度应力、恒载应力和活载应力。(5)峰值识别法和随机子空间分别属于频域和时域的模态识别方法。在进行密集模态结构参数识别过程中,峰值识别法存在分辨率的问题,识别精度不高,同时还有“漏阶”的现象。随机子空间法直接利用时域数据进行模态参数识别,精度较高。(6)大气温度对于新光大桥的模态频率具有影响,且对于不同阶次的频率,影响结果不同。大气湿度对新光大桥的模态频率也具有一定程度的影响。(7)大气温度对吊杆索力具有一定程度的影响。由于大气温度的升高,新光大桥整体产生膨胀,而钢拱肋和桥面系之间的相对变形要大于拉索自身由于温度升高而伸长的量,导致吊杆索力增加。
【关键词】：桥梁健康监测 数据处理方法 数据相关性分析 数据处理软件 新光大桥
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U446
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 绪论13-27
• 1.1 国内外桥梁健康监测发展概述13-16
• 1.2 桥梁健康监测数据处理方法研究现状16-19
• 1.3 新光大桥健康监测系统19-22
• 1.3.1 新光大桥工程概况19-20
• 1.3.2 新光大桥健康监测系统简介20-22
• 1.4 本文研究内容22-25
• 1.4.1 研究背景22-23
• 1.4.2 本文主要内容23-25
• 参考文献25-27
• 第二章 桥梁健康监测数据预处理27-35
• 2.1 概述27
• 2.2 桥梁健康监测数据预处理方法27-32
• 2.2.1 遗漏数据的处理27-28
• 2.2.2 异常数据的处理28-30
• 2.2.3 噪声数据的处理30-32
• 2.3 桥梁健康监测数据预处理流程32-33
• 2.4 本章小结33-34
• 参考文献34-35
• 第三章 桥梁健康监测数据处理方法35-85
• 3.1 概述35
• 3.2 外部环境监测数据处理方法35-58
• 3.2.1 温度数据处理35-45
• 3.2.2 风速风向数据处理45-54
• 3.2.3 车流量数据处理54-58
• 3.3 结构响应监测数据处理方法58-81
• 3.3.1 应力数据处理58-63
• 3.3.2 振动数据处理63-74
• 3.3.3 索力数据处理74-79
• 3.3.4 变形数据处理79-81
• 3.4 本章小结81-82
• 参考文献82-85
• 第四章 桥梁健康监测数据关联性分析85-99
• 4.1 概述85
• 4.2 应力与大气温度关联性分析85-89
• 4.2.1 结构应力构成分析85-86
• 4.2.2 桥梁构件温度应力分离86-89
• 4.3 模态频率与大气温度和大气湿度关联性分析89-94
• 4.4 索力与大气温度关联性分析94-97
• 4.4.1 主跨吊杆95
• 4.4.2 边跨吊杆95-97
• 4.5 本章小结97-98
• 参考文献98-99
• 第五章 桥梁健康监测数据处理软件开发99-116
• 5.1 概述99
• 5.2 软件开发基础99-103
• 5.2.1 MATLAB语言介绍99-101
• 5.2.2 MATLAB GUI介绍101-103
• 5.3 桥梁健康监测数据处理软件的总体设计与模块划分103-106
• 5.3.1 总体设计103-104
• 5.3.2 模块划分104-106
• 5.4 桥梁健康监测数据预处理模块的设计与实现106
• 5.5 桥梁健康监测数据处理模块的设计与实现106-113
• 5.5.1 温度数据处理模块106-107
• 5.5.2 风速风向数据处理模块107-108
• 5.5.3 车流量数据处理模块108-109
• 5.5.4 应力数据处理模块109-110
• 5.5.5 振动数据处理模块110-111
• 5.5.6 索力数据处理模快111-112
• 5.5.7 变形数据处理模块112-113
• 5.6 本章小结113-115
• 参考文献115-116
• 第六章 结束语116-118
• 6.1 本文主要工作与结论116-117
• 6.2 今后研究方向117-118
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果118-119
• 致谢119-120
• 附件120

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