大跨度斜拉桥健康监测系统研究与应用

本文系统研究大跨度斜拉桥结构健康监测系统的设计与实现方法，以及基于健康监测系统的结构作用、响应及性能分析方法，并开展工程应用研究。 本文首先针对桥梁结构裂缝损伤的普遍性和严重性，利用碳纤维材料良好的本征性和智能感知特性，发展桥梁结构裂缝监测碳纤维传感器。为此，通过试验，系统研究无胶基和环氧树脂基碳纤维复合材料的力电特性，揭示碳纤维复合材料微观结构及其对碳纤维复合材料力电特性的影响；采用复合材料细观力学理论，建立碳纤维复合材料力电本构关系模型，并与试验结果比较；在上述研究结果的基础上，针对碳纤维复合材料力电特性的特点，研制桥梁结构大应变裂缝监测元件——碳纤维传感器，建立碳纤维传感器设计方法。 本文研究建立大跨度斜拉桥结构健康监测系统设计与实现方法，包括健康监测系统的总体设计原则与标准，以及各个子系统的设计原则与标准及方法；针对大跨度斜拉桥结构健康监测系统的传感器种类多、数量大，数据采集的实时性要求高，数据存储和调用流量大的特点，研究大跨度斜拉桥结构健康监测系统的数据采集方案和系统，编制开发多种传感器的数据采集软件；研究大跨度斜拉桥结构健康监测系统数据管理子系统的结构和功能，开发建立基于网络的数据管理系统；研究健康监测系统的集成技术。采用上述研究成果，设计、实施并运行山东滨州黄河公路大桥健康监测系统，验证本文建立的大跨度斜拉桥结构健康监测系统设计方法与实现技术的合理性和可行性。 以山东滨州黄河公路大桥为例， 初步建立大跨度斜拉桥结构健康监测的Benchmark 标准验证模型。