利用倾角传感器测试桥梁挠度的实用方法研究

考虑到桥梁的挠度与截面转角具有对应关系,提出了利用倾角传感器测试桥梁挠度的实用方法。该方法利用结构有限元模型计算单位荷载在不同位置作用时的挠度曲线,以此挠度曲线作为基准位移模式,而真实挠度为基准位移模式的线性组合;组合系数的确定采用对倾角测试数据进行最小二乘拟合的方法,有效地减少了测试误差的影响。通过有限元仿真和九江大桥实测分析结果表明,该方法精度满足工程要求,计算速度快,适合在线挠度监测。     

一种光纤光栅倾角传感器的试验研究

设计了一种新型的光纤光栅倾角传感器。本设计将简单可靠的金属悬臂梁结构与高灵敏度的光纤布拉格光栅相结合,考虑了光纤布拉格光栅的温度补偿及灵敏度,从而保证其整体耐久性较好、测量精度较高。将该倾角传感器与光纤光栅解调仪组成监测系统,同时利用无线电容式倾角仪对其灵敏度进行标定,取得了良好的线性数据,证明该倾角传感器性能良好。     

基于物联网技术的滑坡监测数据自动采集系统研究∗

针对传统滑坡监测数据采集系统布线困难、自动化程度低、成本高等问题,设计了一种基于物联网技术的滑坡监测数据自动采集系统。该系统以 ZigBee 无线传感器网络、无线通信技术为核心,通过布置在滑坡体上的传感器节点采集数据。利用 ZigBee 协议和互联网将数据实时传输到监控中心,使相关工作人员及时掌握滑坡体信息。 以三峡库区八字门滑坡为例,分析了该滑坡当前监测手段的不足,建立了八字门滑坡的物联网监测系统,分别对系统的硬件组成和软件程序进行设计。针对节点能量供应和数据远程传输问题,提出将太阳能供电系统和北斗短报文模块应用到数据采集系统来弥补野外条件的不足。结合八字门滑坡的地形地质条件,优化了滑坡测点的布置方案,并开发了数据采集界面以实现监测数据的自动采集和直观显示。     

用于自然灾害现场监测的无线传感网络开发与试验

考虑到救灾机器人在复杂灾害环境中仅凭自身的感知能力会降低任务的执行效率,引入无线传感网络协助执行任务。针对自然灾害现场监测应用,设计了一种低成本、低复杂度、便携式、能快速部署与组网的无线传感网络监测系统。首先描述无线传感器网络总体方案设计,其主要由监测中心、定向路由和若干监测节点组成。然后对监测节点的机械机构设计进行了详细描述,并制作了若干监测节点原型机。基于TCP协议及客户/服务器模型提出了一种请求应答机制,使得监测中心能同时连接并控制若干监测节点,并基于UDP协议实现了监测图像的实时快速传输。使用若干监测节点组建无线传感网络,即能在监测中心实时显示各个节点GPS位置信息及自然灾害区域的监测图像。最后,在国家地震紧急救援训练基地进行了现场实验,实验验证了此无线传感网络监测系统的有效性与可靠性。     

一种基于改进的一致性算法数据融合技术

在重大工程结构健康监测中,随着研究对象复杂程度的提高,往往需要获得大量观测数据才能对结构进行有效的评估,因此采用多种或多个传感器进行测量已成为必然趋势。数据融合技术就是将多个传感器的测量结果进行综合处理,从而得出比单个传感器更为准确可靠的结果。本文基于一致性算法,提出一种改进的多传感器数据融合技术,该数据融合技术属于数据级融合,它克服了一致性算法中两传感器在测量精度不同时置信距离不同的缺点,并对支持矩阵进行模糊化处理,避免了人为定义阈值而产生的主观误差。文中通过算例,验证了此方法可获得较好的结果,并且能够有效地减小由于扰动因素造成的测量数据的变化。     

基于数据融合的雷电灾害后电网运行全景可视化建模分析

针对传统方法不能准确获得雷电灾害电力系统运行情况问题,提出一种基于数据融合的雷电灾害后电网运行全景可视化建模方法。采用分布图法对电网运行过程中存在的疏失误差进行有效剔除,并采用算术平均值方法对上述剔除了电网运行疏失误差后的测量数据序列进行一致性检查;以PSD-BPA格式的电网运行方式为基础,建立基于电压等价的电网运行网架简化模型;通过关联关系模型对电网运行全景可视化数据进行融合,形成完整可用的数据集,在建立的电网运行简化网架模型下,形成电力系统一一对应的可视化数据集,并根据相应分配准则将电网运行全景可视化数据分配到PSD-BPA格式的运行方式各个节点上,最终建立在雷电灾害后电网运行全景可视化模型。通过实例分析结果证明,所提方法能够实现雷电灾害后的电网运行全景可视化分析,掌握电网运行中各个配电节点和支路的负载状态,并提出了改善电力系统设备利用率的可行性方案,对电网优化运行提供了有效参考。     

声发射技术在桥梁结构健康监测中的应用研究进展

声发射技术作为一种被动的、动态的监测手段,在工程和材料领域得到了广泛的应用,正日益受到桥梁结构健康监测研究者的关注。本文回顾了近年来国内外基于声发射技术的桥梁结构健康监测研究状况。首先,简要介绍了声发射的基本原理和声发射信号处理方法;其次,详细分析了声发射技术在桥梁结构健康监测中的研究成果,包括钢筋混凝土桥、钢结构桥、桥梁结构关键构件和无线声发射传感器及其网络等;最后,分析了声发射技术在桥梁结构健康监测领域应用中存在的一些问题,并对声发射技术的应用前景进行了探讨。     

物联网技术在地震救灾中的应用

研究了物联网技术在地震救灾中的应用。在体系结构设计中主要针对无线传感器网络节点、自组网技术、数据采集与灾情分析软件、多源信息融合等几个方面开展研究,构造出基于物联网技术的信息处理平台,在此基础上组建一个地震监测、预警及救灾部署控制中心,并实现信息处理平台与城市基础设施的互连接口。最终,在地震救灾中能够利用多源信息融合技术为控制中心实现决策和指挥提供科学、高效的服务。     

大件车作用下独柱墩弯桥倾覆风险快速预测∗

为了实现大件运输车辆作用下独柱墩弯桥倾覆风险的快速预测,首先对基于刚体转动理论的简化计算方法进行改进,引入车辆转弯模型考虑车轮轨迹,实现车辆荷载的准确和快速加载,定义了稳定因子η 并提出质心加载法用于确定倾覆轴线;结合变形体理论,提出采用端点偏移的方法对倾覆轴位置进行修正;采用阈值法快速评价桥梁的倾覆风险性,并通过建立ABAQUS 实体模型分析了大量桥梁的倾覆过程,确定阈值[kc]的取值;在此基础上建立了独柱墩弯桥倾覆风险快速预测流程。研究结果表明：大件车以稳定状态通过弯桥时其质心轨迹为一圆弧;对倾覆轴线位置进行修正可以考虑主梁变形能力对稳定效应的削减,相比于原简化方法,由改进方法计算的抗倾覆稳定能力kc 对桥梁的倾覆风险具有更强的表征能力;抗倾覆稳定能力阈值取值为1.10;基于MATLAB 程序语言,编制了弯桥倾覆风险快速预测程序,通过批量输入大件车待通行线路上的独柱墩弯桥信息即可计算出各个桥梁的抗倾覆稳定能力kc,将kc与抗倾覆能力阈值进行比较从而预测出有倾覆风险的桥梁,实现大件车作用下独柱墩弯倾覆风险快速预测。     

基于H∞理论的磁流变阻尼器半主动容错控制

建筑结构的半主动控制系统中的传感器,在强震作用下可能因出现故障而影响控制效果。以磁流变阻尼器为例,研究半主动容错控制系统的设计方法。首先,研究了基于状态观测器的半主动H∞控制器设计方法,并将之应用到建筑结构采用磁流变阻尼器的减振控制中;运用改进Bouc-Wen模型,计算磁流变阻尼器的阻尼力,通过求解一个代数Riccati方程和一个状态观测方程,得出了基于状态观测器的H∞主动控制律;再对其采用Clipped-optimal方法实施半主动控制策略。然后,针对传感器故障,利用观测器组的输出残差对故障进行在线诊断,并通过几个观测器状态值的比较得到故障的大小,并据此对传感器的测量值进行修正,从而消除故障对闭环系统的影响,最终实现半主动H∞容错控制。仿真结果表明,该方法具有很好的容错控制效果。     

悬臂梁振动无线控制的时间延迟补偿研究

结构振动的无线控制具有广阔的应用前景,但其中的时间延迟显著降低了控制性能,是目前急需解决的问题。针对工程中普遍应用的典型结构——压电悬臂梁结构,设计了基于WiFi的无线传感器,搭建了一套无线传输传感和控制信号的无线控制系统,实现了悬臂梁振动的无线控制;采用基于有限差分和变量代换的时间延迟补偿方法,构造了时间延迟状态,对系统的状态方程进行了适当的扩展。仿真结果表明,该方法可以有效补偿无线控制中的时间延迟,显著改善无线控制的性能,甚至可以达到有线控制的效果。     

桥梁结构健康监测的数据融合框架

大型桥梁结构健康监测系统需要安装大量各种类型的传感器,如何有效利用这些实时采集的信息以保障桥梁的连续安全运营是一个核心课题,而数据融合技术是解决这一问题的一个新方向。本文对近几十年来数据融合技术的发展做了全面综述,介绍了常用的数据融合模型,评析了各种常用融合算法。基于对健康监测系统的细致分析,在前人工作基础上,提出了桥梁结构健康监测的数据融合框架,对框架内的各个功能模块进行了功能定位,并给出了相应阶段适宜的融合算法。     

基于无线传感器网络的变压器呼吸器在线监测系统

为实现变压器呼吸器状态在线监测,提出了1种基于无线传感器网络的变压器呼吸器实时在线监测系统的设计方法。根据呼吸器的结构特点,采用湿度传感器对呼吸器工作状态在线监测。所设计的系统分为湿度传感终端以及数据处理终端,湿度传感终端负责状态信息的提取,数据处理终端负责逻辑判断以及呼吸器在线工作状态的实时显示及告警。分析了呼吸器内硅胶的状态与其湿度值之间的关系,实现了呼吸器状态的在线监测,同时进行了相关实验,证明了本方案的可行性和有效性。     

基于BOTDA的PHC桩挠度分布式检测研究

针对预应力高强混凝土(PHC)管桩桩身在水平荷载作用下挠度大小和分布的检测困难,介绍了基于布里渊光时域分析技术(BOTDA)的桩身挠度检测方法;设计了管桩平推模型试验,推导出了管桩在水平荷载作用下的挠度计算公式;通过模拟和实测数据对比,分析了BOTDA用于PHC桩挠度检测的可行性与准确性,获得了PHC桩在水平荷载作用下的变形规律;结合具体工程,对该方法用于PHC桩身在水平荷载作用下挠度测量的可行性进行了验证。研究结果表明:BOTDA用于PHC桩挠度的检测与监测具有明显的优势,其分布式检测的特点,可以准确获得水平荷载对PHC桩的影响深度和挠度分布;该方法操作简便,性价比高,感测光纤耐久性好,可对桩身挠度分布进行精细化检测与监测,值得在桩基检测与监测中应用推广。     

基于数据挖掘的灾害预警云计算平台设计

传统的基于无线传感器网络的灾害预警平台通过ZigBee无线传感器网络及时采集环境数据,数据由GPRS网关节点传输到远程监控中心,并进行数据分析与预警,没有对数据进行汇聚处理,无法解决数据间的规约问题,预警效率和准确率等性能均较低。设计基于数据挖掘的灾害预警云计算平台,平台整体结构包括感知层、网络层和应用层;平台通过数据汇集调度模块对实时环境信息数据进行汇聚,解决不同数据间的规约情况;利用灾害事件触发模块根据各环境信息监测站获取的实施环境信息对比标准信息得到的灾害情况,将灾害预警等级划分为五级。平台软件中设计灾害事件触发检验流程,并通过数据挖掘算法并行化技术缩短数据挖掘时间,提升灾害预警时效性。实验证明,所设计平台在保障有效进行灾害预警的同时,平均传输速度为7.97 byte/s,平均传输时延为13.13 ms;CPU占用率为28%～34%,内存占用率为9%～19%,且准确率较高、稳定性佳。     

火灾下普通混凝土结构的挠度计算简化方法

挠度是考查火灾下结构性能的一个重要指标,目前都是采用有限元分析的方法或者根据弯矩-曲率关系编程计算火灾下结构的挠度反应,其过程十分烦杂,尚无简化的计算方法.为了减少计算工作量,且便于应用,有必要提出一种火灾下结构挠度的简化计算方法.提出了受火结构截面等效刚度和截面等效温度计算原则,推导了火灾下正截面极限承载力的实用计算法,给出了火灾下混凝土结构挠度的简化计算方法,经比较,计算值与实测值吻合得较好.     

基于PVDF传感器的无线冲击加速度测量研究

为研究基于压电薄膜(PVDF)的冲击加速度测量,本文建立了PVDF冲击加速度的无线测试平台。首先,在分析PVDF的压电机理、工作模式基础上,给出了冲击加速度的测量电路模型;其次,针对柔性结构,与电阻应变片进行对比标定,给出了峰值电荷q与结构应变ε的关系;针对刚性结构,与冲击台自带的压电加速度传感器进行了对比和标定,给出了峰值电荷q与峰值加速度a的关系;最后,搭建了以Imote2和YE6241台式冲击台为核心的无线PVDF压电信号采集的平台,采样速率为420 Hz,和有线进行对比,验证了本文设计的无线冲击加速度测试平台的准确性和可信性。实验表明,这种无线冲击加速度测试平台具有采样速率高、灵敏度高、质量轻、无需布线、使用方便等特点,具有较好的研究和应用前景。     

利用压电传感器的仿真混凝土损伤探测研究

提出了一种探测仿真混凝土结构内部损伤的压电波动传感方法,并通过仿真混凝土梁的构件试验对其有效性进行了验证。将压电传感器埋置在仿真混凝土梁中,采用正弦线性扫频激励来驱动特定位置的压电陶瓷传感器,将其他位置的压电传感器作为探头接受弹性波信号,实现对仿真混凝土构件的损伤检测。试验中,分别对完好和不同损伤程度下的仿真混凝土梁进行扫描,通过对接收信号的时域、频域和小波变换分析,识别仿真混凝土梁损伤的出现和发展。结果表明:在仿真混凝土梁中一定传播距离内,信号幅值变化、频率偏移和基于小波包分析的损伤指数对构件的损伤十分敏感,这些数据的变化趋势可以有效地反映构件的损伤程度,可将这类压电传感器用于混凝土坝动力模型试验的损伤监测研究。     

某刚架拱桥荷载试验研究

为评定某刚架拱桥的实际承载能力,确定桥梁的实际运营状况并为后期的维修加固提供科学的依据,对该桥进行了现场荷载试验。荷载试验前结合桥梁专业有限元软件计算了设计标准荷载下桥梁结构各测量值的大小,荷载试验过程中对结构的挠度、应变、自振特性、冲击系数等参数进行了测试,随后将实测结果与理论分析结果进行了对比。分析结果表明:桥跨梁体实测的挠度校验系数介于0.74~0.92之间,未超出规范中1.0的限值,表明桥梁结构刚度具有一定的富余度,结构刚度实际工作性能较好。试验跨动力测试的模态与理论模态吻合较好,说明桥梁结构的刚度满足使用要求。该桥在正常使用状态下的承载能力不能满足要求,建议对该桥进行承载能力加固处理。     

洪水冲击下桥梁抗毁性受力分析实验研究

目前对于洪水冲击下桥梁抗毁性受力分析的研究,是通过对桥梁整体结构的稳定性做受力分析,没有考虑到桥梁各个部位受力情况对桥梁损毁的影响,无法对桥梁抗洪性能的改进给出合理化建议。该文提出一种新的洪水冲击下桥梁抗毁性受力分析方法,通过考虑洪水漫过桥面和在桥面以下两种情况,分析桥梁在各关键部位的水平方向及竖直方向的受力情况计算出相应的力矩和位移,进一步求得正应力与剪应力,通过与最大正应力和剪应力的比较分析,实现对洪水冲击下桥梁抗毁性受力分析的研究,并建立洪水冲击下桥梁抗毁性受力分析实验模型来验证方法有效性。实验结果表明,桥梁各个部位的受力情况不同,会对桥梁整体的抗毁性产生不同程度影响,并给出了提高桥梁抗毁性能的建议,证明该方法对洪水冲击下桥梁抗毁性受力分析的结果有效。