大跨度铁路钢桁斜拉桥传感器优化布置研究

论文摘要

大跨桥梁的安全运营关系到国家的交通、经济发展、军事乃至人民生命财产安全,大跨桥梁的健康监测技术也成为研究和发展的一个重要领域,本文以韩家沱长江大桥(大跨度铁路钢桁斜拉桥)运营监测系统方案设计为背景,研究了运营监测系统的架构,在设计其硬件系统时,成功运用改进遗传算法对传感器进行寻优布点。主要完成了以下几个方面的工作：(1)分析了传感器优化布置的数学模型及其约束条件,用二重结构遗传编码考虑传感器数目固定这一约束条件的满足问题,并对选择算子、交叉算子和变异算子进行相应改进,引入了自适应交叉概率和自适应变异概率,确保了改进遗传算法的收敛性,提高了效率。(2)基于模态应变能准则和MAC准则针对不同构件(监测对象)和不同传感器(监测目的)设计了四种适应度函数,并比较分析了这两种准则。(3)运用改进遗传算法对韩家沱长江大桥主要构件的传感器进行了优化布置,总结了结果的特点,讨论了对结果的影响因素。并运用韩家沱长江大桥有限元数值模型分析大桥的静动力特性对结果进行验证和必要的修改。(4)对韩家沱长江大桥运营监测系统方案总体架构、硬件系统进行了设计,以及对结构状态预警进行了介绍。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的工程背景及研究意义
• 1.2 传感器优化布置
• 1.2.1 传感器优化布置数学模型
• 1.2.2 传感器优化布置的准则和计算方法
• 1.2.3 桥梁监测中传感器优化布置的研究及应用现状
• 1.2.4 桥梁监测中传感器优化布置的注意事项
• 1.3 本论文研究的主要内容
• 第2章 遗传算法
• 2.1 遗传算法简介
• 2.2 基本遗传算法和广义遗传算法
• 2.3 改进遗传算法及程序实现
• 2.3.1 改进遗传算法的特点
• 2.3.2 改进遗传算法的主程序实现
• 2.4 本章小结
• 第3章 传感器优化布置的应用
• 3.1 工程概况
• 3.2 传感器候选测点的选取
• 3.2.1 主桁候选测点的确定
• 3.2.2 桥塔候选测点的确定
• 3.3 传感器优化布置的适应度
• 3.4 候选测点的模态参数提取
• 3.5 三种遗传算法的计算比较
• 3.6 两种准则的计算比较
• 3.7 利用改进遗传算法寻求传感器最优布点
• 3.7.1 主桁竖向位移和竖向加速度传感器的优化布置
• 3.7.2 主桁横向加速度传感器的优化布置
• 3.7.3 主桁应变传感器的优化布置
• 3.7.4 桥塔倾角传感器的优化布置
• 3.8 本章小结
• 第4章 韩家沱长江大桥运营监测系统设计
• 4.1 韩家沱长江大桥运营监测系统概述
• 4.2 硬件系统
• 4.2.1 传感器子系统
• 4.2.2 数据采集与传输子系统
• 4.3 结构状态预警
• 4.4 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录