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文檔簡(jiǎn)介
1、在科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的推動(dòng)下,我國(guó)城市及公路交通建設(shè)得到了飛速發(fā)展,在沿江沿海、西部山區(qū)及各大城市修建了大量的特大型橋梁。這些橋梁溝通南北、連結(jié)東西,成為我國(guó)眾多城市及公路交通的樞紐和標(biāo)志性建筑。隨著這些橋梁使用時(shí)間的推移和超限運(yùn)輸?shù)脑黾?,特大橋梁事故的潛在危險(xiǎn)和幾率隨之上升,并不時(shí)出現(xiàn)影響國(guó)計(jì)民生的嚴(yán)重橋梁事故。由此,橋梁管理部門和工程界提出了對(duì)特大橋進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)和安全管理養(yǎng)護(hù)的課題,希望通過科技手段監(jiān)測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵參數(shù),為橋梁
2、的安全性判斷提供依據(jù),保障橋梁結(jié)構(gòu)在安全運(yùn)營(yíng)的前提下延長(zhǎng)其使用壽命,確保其社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)揮。由于橋梁安全運(yùn)營(yíng)對(duì)社會(huì)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的作用至關(guān)重要,世界各發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛采用高新技術(shù)解決橋梁安全運(yùn)營(yíng)保障的技術(shù)難題,橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究和開發(fā)應(yīng)用成為了當(dāng)前世界范圍的研究熱點(diǎn),最近幾年在很多國(guó)家得到了快速的發(fā)展。智能材料與結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的研究作為21世紀(jì)最具挑戰(zhàn)性的課題之一,在軍事和民用方面都具有重大的應(yīng)用前景,利用智能材料與結(jié)構(gòu)技術(shù)解決重大土木結(jié)構(gòu)生命
3、周期健康安全監(jiān)測(cè)和狀況評(píng)估問題,因其重大的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值也成為了世界性的研究熱點(diǎn)。目前,世界發(fā)達(dá)國(guó)家將基于電磁類的智能材料應(yīng)用大型橋梁結(jié)構(gòu)的減振抗震控制取得了大量成果,將光纖光柵智能材料應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的研究也進(jìn)行了一些嘗試,主要成果集中為單項(xiàng)傳感器的實(shí)驗(yàn)室研究試驗(yàn)。 當(dāng)前,橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究的關(guān)鍵和核心問題是橋梁關(guān)鍵信息的長(zhǎng)期可靠采集?;诠饫w光柵智能材料的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由于本身具有長(zhǎng)期可靠性的優(yōu)點(diǎn),逐漸成為構(gòu)建橋梁
4、長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的首選技術(shù)。由于特大型橋梁結(jié)構(gòu)的空間分布廣,需要測(cè)試的參數(shù)類型多,如何利用光纖光柵智能材料與結(jié)構(gòu)技術(shù)實(shí)現(xiàn)大型橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)所需各種類型參數(shù)的長(zhǎng)期可靠采集,成為急需解決的關(guān)鍵技術(shù)難題。 本論文的研究立足于采用先進(jìn)光纖光柵傳感測(cè)試技術(shù),根據(jù)智能材料與結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的理論和思想,構(gòu)建長(zhǎng)期可靠的特大型斜拉橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng),通過長(zhǎng)期結(jié)構(gòu)信息的采集和連續(xù)測(cè)試以評(píng)估特大型橋梁的安全健康狀況。在國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)、國(guó)家863計(jì)劃
5、和湖北省重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目的支持下,以武漢長(zhǎng)江二橋、武漢陽邏長(zhǎng)江公路大橋和天興洲公鐵兩用長(zhǎng)江大橋的長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)施為工程背景,圍繞智能材料與結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在橋梁健康監(jiān)測(cè)中應(yīng)用的基礎(chǔ)理論、基本實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)際開發(fā),研究了光纖光柵智能材料應(yīng)用于橋梁領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù),從橋梁結(jié)構(gòu)受力和交通荷載監(jiān)測(cè)等方面探討了專用光纖光柵傳感器測(cè)試系統(tǒng)的制備和傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成技術(shù)。研究工作歷時(shí)三年,多項(xiàng)研究成果通過湖北省科技廳的科技成果鑒定,填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白,達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平
6、。 (1)對(duì)大型橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行回顧和總結(jié),分析可資借鑒的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),明確大型橋梁長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本構(gòu)成和原理,以及存在的問題和亟待解決的關(guān)鍵技術(shù); (2)就智能材料與結(jié)構(gòu)系統(tǒng)及相關(guān)的傳感測(cè)試技術(shù),特別是光纖光柵傳感測(cè)試技術(shù)在智能材料與結(jié)構(gòu)中的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行概括和總結(jié),探討光纖光柵智能材料與結(jié)構(gòu)的基本概念、構(gòu)成方式,及其在橋梁健康監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用原理,進(jìn)而提出本課題的研究目標(biāo)和任務(wù);
7、 (3)根據(jù)大型斜拉橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn),利用光纖光柵傳感測(cè)試技術(shù)及智能材料與結(jié)構(gòu)的思想,解決斜拉索索力、關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部位應(yīng)變、溫度和重載車荷載實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)難題,研究、設(shè)計(jì)并開發(fā)了相應(yīng)測(cè)試系統(tǒng); (4)根據(jù)大型斜拉橋長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所采集的結(jié)構(gòu)受力、環(huán)境及交通荷載的實(shí)時(shí)信息,提出針對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)計(jì)算仿真的健康狀況評(píng)估系統(tǒng),并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的評(píng)估指標(biāo)體系: (5)將研究成果在國(guó)內(nèi)率先應(yīng)用于實(shí)際的大型橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng),武漢長(zhǎng)江二
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