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基于主动加热测温法的桥梁冲刷监测研究
| 论文题名： | 基于主动加热测温法的桥梁冲刷监测研究 |
| 关键词： | 桥梁冲刷监测;主动加热测温;有限元模拟;DS18B20传感器;支持向量机 |
| 摘要： | 一直以来桥梁冲刷都是桥梁健康的主要威胁，河流长期冲刷导致桥墩周边出现冲刷坑，冲刷坑的形成降低了桥墩基础埋深，进而影响桥梁稳定性。受冲刷较严重的桥梁在汛期难以承受洪水的冲击，常因此发生桥梁水毁事故。桥梁受冲刷破坏具有突发的特点，因此有必要实时监测桥梁的冲刷情况，以便在桥梁失稳前及时采取措施，避免桥梁水毁事故的发生。现有的桥梁冲刷监测方法存在无法实时监测、监测精度低及耐久性差等缺陷，为此本文提出了基于主动加热及DS18B20传感器测温的桥梁冲刷监测方法，此方法可实现桥梁冲刷深度及水位高度的实时定位，且具有造价低廉、定位精准、抗干扰能力强等显著优势，为桥梁冲刷监测研究提供了一个全新的思路。本文以主动加热测温方法进行桥梁冲刷监测研究为主线，主要进行了以下几方面的研究： 1.通过热传递的理论推导证实加热及冷却过程线热源在桥墩所处的泥沙、水和空气环境中温度变化情况存在显著差别。使用ANSYSFLUENT有限元软件建立桥墩周边环境模型，通过有限元方法确定了主动加热测温方法监测桥梁冲刷的可行性，同时研究了流体流速、初始温度及泥沙孔隙率等因素对冲刷监测结果的影响。有限元模拟结果表明，主动加热测温方法可以实现桥墩周边泥沙覆盖高度及水位高度的准确定位。 2.设计并制作了基于DS18B20传感器测温的主动加热缆线，并搭建了主动加热缆线为传感器的桥梁冲刷监测定位系统。随后在实验室中进行了主动加热缆线位于泥沙、水和空气三种环境的测试试验，并在水桶中进行泥沙高度及水位高度定位测试试验，试验结果验证了DS18B20传感器测温的主动加热缆线监测桥梁冲刷的可行性及可靠性。 3.在溢油水槽进行模拟桥梁冲刷监测试验，对桥墩模型周边泥沙高度及水位高度实现了准确定位，并通过改变水流流速和缆线布置位置研究流速和监测位置对监测结果的影响。随后在野外进行了桥梁冲刷现场实测，并研究了野外监测过程中不断变化的风速及水流流速对监测结果的影响。结合实验室及现场测试结果，证实主动加热测温法监测桥梁冲刷深度及水位高度不会受到环境因素的干扰，监测结果具有较高可信度。 4.为提高监测工作效率同时减少人力物力的损耗，本文提出使用支持向量机和BP神经网络对主动加热缆线上的传感器所处环境自动识别分类，上述两种方法对传感器环境的分类结果表明支持向量机和BP神经网络在加热时长达到30s及以上时均有较好的分类表现，但支持向量机学习速率更快、分类准确率更高。 |
| 作者： | 黄毅鹏 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 何化南 |
| 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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