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基于逆有限元形状传感的桥梁挠度分布式监测方法研究
| 论文题名： | 基于逆有限元形状传感的桥梁挠度分布式监测方法研究 |
| 关键词： | 桥梁挠度;分布式监测;逆有限元形状传感 |
| 摘要： | 桥梁挠度作为桥梁结构在环境和荷载作用下的关键响应参数之一，被广泛应用于荷载识别、状态评估和异常预警。因此，发展一种实时、稳定、精准的变形监测技术实现桥梁整体挠度的连续测量意义重大。基于逆有限元分析的结构变形场重构技术不需要任何材料属性和荷载信息，仅利用结构形变后表面或内部实测应变数据，通过简单线性运算即可实现结构变形求解。该技术以其独有的特性为桥梁挠度的感知和重构提供了全新的思路。 然而，目前该技术在桥梁挠度监测中面临材料特性不匹配和逆有限元建模不精确的问题。为此，本文利用“化繁为简、目标转化”的研究思想，沿着形状还原传感阵列的设计开发、性能验证、工程应用的研究主线，开展了基于逆有限元分析的桥梁挠度监测方法研究，主要研究内容如下： （1）本文基于逆有限元法设计并开发了形状还原传感阵列，用以实现桥梁挠度的分布式监测。首先阐述了其结构基本组成与测量原理，其次在有限元软件ANSYS中对形状还原传感阵列进行数值分析，最后完成形状还原传感阵列的标定试验，验证其良好的变形重构能力。 （2）将形状还原传感阵列布设于悬索桥缩尺模型开展挠度监测试验，以对其进行性能验证。分别对桥梁实验模型进行静态加载与动态加载，通过水准仪与激光位移传感器对还原得到的挠曲线形状与精度进行验证。结果表明了形状还原传感阵列对于桥梁挠度的监测性能良好，具有易于安装、数据准确、实时性好的优点，可以有效实现桥梁挠度的分布式监测。 （3）应用低温敏型光纤光栅应变传感器，以形状还原传感阵列为测量器件、以多类型传感器同步采集设备作为硬件平台、以实现数据采集、处理与存储的桥梁挠度实时监测软件为软件平台搭建了桥梁挠度监测系统，并将其应用于连续梁桥挠度现场实测。监测数据反映了该桥梁的运营状态，表明形状还原传感阵列可以实现桥梁多点挠度变化的同步、稳定、连续的测量，具有良好的工程实用价值。 |
| 作者： | 雷雨恒 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 李宏男;任亮 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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