光纤光栅传感器在桥梁缺陷检测和结构健康监测中的应用

阐述了桥梁缺陷检测和结构健康监测的背景和意义,介绍了桥梁主要缺陷和结构健康监测内容,并对光纤光栅传感器的结构、工作原理、应用特点及其在国内外实际工程中的应用进行了概述,最后给出了光纤光栅传感器在桥梁缺陷检测和结构健康监测中的应用。     

刚性接触网在线监测装置的研制与应用

基于在线监测装置、紫外光电传感器、便携式数据处理计算机等设备,设计了一套刚性接触网在线监测装置。通过光学检测法,利用模态匹配法进行图像识别,实现测量弓网振动位移、分析弓网受流情况以及燃弧检测的目的,并将该检测装置进行了实际应用。应用表明,该系统效果理想,可准确发现故障,为刚性接触网日常维护提供了一种有效的监测方式。     

钢结构单层网壳整体稳定性分析设计

网壳设计中须全面考虑强度和稳定性两个方面，但理论及实践证明，网壳结构的设计通常受其稳定性控制。单层网壳结构稳定分析的目的是计算网壳结构的临界载荷，分析网壳结构对初始缺陷的敏感性，从而提出合理的安全系数和设计临界载荷。     

高铁站房结构健康监测系统设计

为了对服役期间高铁站房的安全状态进行及时评估和科学预警,设计并研发了一套高铁站房结构健康监测系统,包括传感器子模块、数据采集子模块、传输及处理子模块、数据管理子模块、安全评定与预警子模块及用户界面子模块。对各子系统的功能要求和实现方法进行分析,并详细阐述该系统的结构监测内容及测点布置。通过分析济南东客站站房结构关键构件的应变、应力、风荷载等相关数据,得到以下结论：济南东客站站房结构健康监测系统运行平稳,数据传输稳定;站房结构风速、振动加速度、拉索索力等均在合理阈值范围内,结构处于安全状态。实现了对结构状态的实时掌握,有助于保障济南东客站的安全运维,为以后站房结构健康监测系统的设计研发提供借鉴。     

弓网接触状态光纤传感监测技术研究

在弓网检测的应用场景中,传统的测力传感器和加速度传感器依赖电源供电,且必须安装在高电压的受电弓上,从而增加额外的设备和复杂性。文章研究采用无源光纤布拉格光栅（FBG）光传感器,这种传感器无需额外安装供电电源和充电控制系统等设备。通过介绍光纤传感器的基本原理,并分析其应用场景,提出在弓网状态监测的高电压环境中,光纤传感器具有独特优势：不仅无需供电,减少额外设备,还能实现信号传输的高低压隔离,有效抵抗电磁干扰。针对受电弓检测的特殊需求,开发基于光纤传感技术的接触力和加速度传感器,其便于在受电弓上安装且对受电弓结构无影响。在列车受电弓上的实际安装测试中,成功实现对弓网接触力、硬点等参数的高精度检测。该弓网状态监测系统能够适用于专用检测车和运营动车组,大幅扩展弓网监测的应用范围。     

铁路站房结构损伤与传感器故障识别研究

研究目的:传统站房结构健康监测系统的设计假设传感器都能够正常工作,然而传感器故障却经常发生,监测系统会将由传感器故障导致的监测数据变化认为是结构损伤,因此需要在监测系统的设计中考虑传感器故障,以便降低监测系统的误报率。研究结论:(1)传感器失效使采样数据的维度或者数据规模降低,传感器故障导致采样的均值发生偏移,依据已生成的控制界限进行监测将使系统失控运行长度增加;(2)在训练数据处理中,通过协整关系构建传感器输出数据的正常范围,不需要大量测试数据,还可以消除温度、环境和载荷等对结构损伤识别的影响;(3)提出两层数据处理模式,将非基于模型的传感器故障诊断放在数据预处理模块,将结构损伤识别放在故障诊断模块,在系统实现上比较方便;(4)该研究结果可为降低铁路站房结构健康监测的误报率提供参考。     

空间网壳结构极限承载力分析

空间网壳结构一般为多次超静定空间杆系结构体系,部分杆件的受拉屈服或受压失稳并不能引起空间网壳结构的整体破坏,只有屈服或失稳的杆件使结构成为机构后,网壳结构才达到极限承载力。采用ANSYS有限元分析软件,根据非线性分析和极限承载力分析有关理论,分析2008北京奥运会老山自行车馆空间网壳结构的极限承载力,研究压杆失稳和节点刚度对空间网壳结构极限承载力的影响。     

青岛客站风雨棚单层网壳结构设计

介绍青岛客站风雨棚设计过程,重点介绍结构计算模型及参数、单层网壳稳定分析。青岛客站无站台柱风雨棚结构形式采用单层圆柱面网壳结构,覆盖面积58 250 m2,根据《网壳结构技术规程》(JG J61—2003),单层圆柱面网壳应进行稳定性计算。结构稳定性计算是本工程设计的重点和难点。通过对结构特点的分析,在网壳周边增设边桁架,起到边缘约束构件的作用,解决了网壳的整体稳定问题。     

轨道交通俘能发电技术应用探索

《2030 年前碳达峰行动方案》中明确交通运输绿色低碳行动要求,并提出降低交通基础设施全生命周期能耗和碳排放的具体要求,绿色轨道交通意义重大。轨道交通监测系统中使用大量的传感器设备,受到布线、地理环境等条件限制,传统有线传感器应用受到限制,而基于ZigBee 的无线传感器节点通信方式在轨道车辆健康监测和轨下基础设施状态监测领域得到广泛研究和应用。目前无线传感器节点采用电池供电方式,其维保工作量繁重。文章通过对无线传感器节点的组网方式和芯片参数进行梳理,以及对列车振动产生的电能进行仿真分析,从理论上论证利用轨道振动能量为无线传感器节点供电的可行性,并说明俘能发电在轨道交通中的意义。     

弓网监测系统在地铁车辆上的应用

文章从监测预防的角度出发,运用高速相机、紫外探测器、红外成像仪、激光发生器、电流传感器来监测和采集弓网主要结构参数以及弓网图像,识别出弓网异常,实现故障定位,再通过后台数据分析识别出故障点以及故障产生的原因。试装运用结果表明,弓网监测系统能够有效地监测出弓网之间的异常,并通过地面专家系统统计、分析采集的数据,确定故障原因,提供检修数据。     

结构损伤识别的传感器优化布设方法

对振动模态分析技术中关于传感器最优布点方法的研究进行述评。针对结构损伤识别中有关指纹更新识别以及模型修正所需的模态动态信息，提出了传感器优化布设的方案。对于结构重点部位的监测，则可以利用灵敏度分析的方法确定传感器的布设，实现对结构状态信息的最优采集，改善对结构的整体探伤能力。     

无柱雨棚封檐板变形分布式光纤监测方法研究

研究目的:无站台柱雨棚在我国高铁车站中广泛应用,在风荷载长期影响下,封檐板、屋面板等结构易松动、翘曲甚至整体坠落,影响铁路运营安全。在雨棚日常检修养护中,存在天窗点限制、检修盲区和检修手段不足等问题,急需有效的方法对雨棚板类结构进行监测。分布式光纤传感器具有全分布式的特点,适用于大区域封檐板的健康监测。本文基于有限元软件ANSYS,对高铁过站时雨棚及其封檐板的受力变形进行模拟分析,设计光纤传感器布设方案,并通过模型试验对封檐板的受损变形进行监测。研究结论:(1)在列车风作用下,封檐板承受车头和车尾经过时两次正负压交替的冲击作用;(2)在封檐板边界铆固损坏的工况下,分布式光纤传感器能有效地监测到封檐板变形过程,精确定位了损伤,并根据光纤应变变化确定了变形预警限值;(3)板上的加劲肋对封檐板的变形及变形的传递有明显抑制效果,对损伤区域扩大有一定防治作用;(4)本研究成果可为铁路站台雨棚封檐板等板壳结构的健康监测提供参考。     

某过桥钢结构健康监测系统设计及安全评价

研究目的:为保证某大型钢铁厂在技术改造工程中的安全生产,将结构健康监测系统应用到该厂支撑轧钢辊道的过桥结构和安全评价中.通过对过桥结构进行现场测试和理论计算,设计出该过桥结构的健康监测系统.研究结论:通过建立该过桥钢结构的有限元分析模型,计算和分析了该过桥结构的振动、应力和变形等响应,并结合粗轧钢板生产过程的控制要求,确定了过桥结构健康监测系统的监测内容和测点布置.监测结果表明,该监测系统达到了设计要求.其结果可为类似过桥结构的健康监测系统提供参考.     

地铁车站结构健康监测研究

首次建立地铁车站结构健康监测系统。运用光纤光栅传感器和振弦传感器,对施工期间的北京地铁10号线国贸站的车站结构进行了一系列监测。光纤光栅传感器和振弦传感器的监测数据吻合良好,捕捉到车站结构上部路面塌陷时结构内部的应变变化,并且监测到地铁车站二衬结构的受力状态。基于水化热理论和混凝土早龄期徐变理论,通过有限元方法,计算了车站结构底板的温度和中层板混凝土早龄期徐变,计算结果和监测数据吻合较好,考虑混凝土早龄期徐变的结果与监测数据更加接近。此外,基于GIS技术,开发了地铁车站结构监测信息管理系统。     

柱面网壳结构的可靠性评定

通过对电厂干煤棚网壳形结构可靠性的分析 ,对既有网壳形结构的可靠性进行鉴定分析 ,该工程对类似建筑结构的检测鉴定有一定的借鉴意义。     

空间网架网壳结构Revit参数化建模方法

Revit作为建筑设计领域经典的BIM平台之一,以其易用性得到广泛应用。空间网架网壳结构是主流钢结构体系之一,广泛应用于大跨结构中。因此,空间网架网壳结构BIM模型建立具有极大现实需求,而目前Revit平台并未提供较好的解决方案。提出基于二次开发的空间网架网壳结构Revit参数化建模方法,对参数化建模方案、建模实现步骤以及建模关键技术进行归纳总结,编制的插件可有效提高空间网架网壳结构的建模精度和效率,所采用的方法也为Revit二次开发提供了思路和范例。     

基于希尔伯特-黄变换的铁路桥梁结构健康监测

桥梁结构健康监测直观检查法具有一定的局限性。新的基于希尔伯特—黄变换(HHT)的非破坏性桥梁结构健康监测方法,依赖于瞬变荷载测试和简便的数据收集,核心是近年来针对非稳态和非线性时间序列分析而新发展起来的HHT,由经验模态分解和Hilbert谱分析构成。该方法对桥梁结构健康性的最终判断依据是基于数据的非线性特征、自由振动和强迫振动的频率对比、桥梁对轻荷载及重荷载的响应。该方法的优点是:无需以前的数据,简便的数据采集,最少程度地干扰交通,以及细微差别的精确定量解释。工程实例的分析结果表明这种新方法应用于铁路桥梁结构健康监测的可行性。     

道岔转换设备安全参数实时监测系统研究

针对道岔转换设备故障率高,影响列车运行效率和安全的问题,研发了道岔转换设备安全参数实时监测系统。在不改变原有道岔转换设备结构的前提下,利用磁致伸缩位移传感器、销轴传感器、垫片式压力传感器、一体化振动变送器等,测量道岔转换密贴值、道岔转换阻力、锁闭压力和基本轨振动,从而实现道岔转换设备各项安全参数的监测;利用既有信号电缆作为通信和电源传输通道,将监测信息传输至信号机械室内,数字化展示道岔转换设备的运用状态。经过现场试验验证:该系统实现了道岔转换设备安全参数的实时监测,为道岔转换设备日常维修和养护提供了科学有效的技术手段,可促进道岔转换设备维修模式由“周期修”向“状态修”转变,保障道岔转换设备的安全可靠运用。     

地铁国贸站结构健康监测技术的应用

以北京地铁国贸站为依托,将光纤光栅传感器等新技术应用到地铁车站结构的健康监测中,为地铁车站结构的安全施工和可靠运营提供了新思路和新方法.     

于家堡火车站穹顶网壳双铰支座设计

研究目的:于家堡火车站是新建京津城际延伸线终点站,穹顶是由36根正反螺旋型网格相互编织而成的单层网壳结构。网壳网格形式特殊新颖且跨度达143 m,整个结构受力非常复杂。本文旨在根据网壳结构的整体受力特点和边界条件,确定网壳合适的支座方案。研究结论:(1)支座是网壳结构与下部支承结构连接的关键构件,支座方案的优劣直接关系到网壳边界条件假定是否成立;(2)在确定支座的反力时,既要考虑支座的转动中心与计算模型转动中心不重合引起的附加弯矩的影响,也要考虑罕遇地震工况组合下的反力;(3)穹顶的双铰支座由沿底环梁形心联合转动的底面球型钢支座和侧面球型支座组成,两个支座的中间球面板具有相同的曲率半径,其满足计算假定的边界条件,是一种新型的支座方案;(4)对双支座进行有限元分析和缩尺的加载及转动试验,结果均验证了支座各组成部件的应力和转动性能满足设计要求;(5)双铰支座方案的研究成果可供类似单层网壳结构参考。