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多目标、多水准结构施工安全监测系统的研究和应用

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第一章绪论

1.1论文研究背景与现状

1.2论文研究意义

1.3论文研究内容

第二章工程结构监测系统研究

2.1引言

2.2无线传感网络系统

2.2.1无线传感器网络国内外研究现状

2.2.2无线传感网络技术的发展历程

2.2.3无线传感网络的系统构成

2.2.4无线传感监测网络的优点

2.3光纤传感监测系统

2.3.1光纤传感监测的国内外研究现状

2.3.2光纤布拉格光栅传感器的基本原理

2.3.3布里渊光纤传感的基本原理

2.3.4光纤传感器的优点

2.5工程结构施工安全监测系统的构建

2.6本章小结

参考文献

第三章基于随机有限元法的结构可靠性研究

3.1引言

3.2结构可靠度分析

3.2.1结构可靠度分析研究现状

3.2.2结构可靠度与失效概率

3.2.3结构可靠度与可靠指标

3.2.4可靠指标的几何意义

3.3结构可靠度分析的基本方法

3.3.1一次二阶矩法

3.3.2梯度优化法

3.3.3非正态分布变量可靠指标的计算

3.3.4 Monte-Carlo法

3.3.5响应面法

3.3.6概率密度演化方法

3.4随机有限元法

3.4.1概述

3.4.2摄动法随机有限元

3.4.3 Neumann展开Monte-Carlo随机有限元

3.4.4验算点展开随机有限元法

3.5本章小结

参考文献

第四章网架结构可靠度分析随机有限元方法及程序

4.1有限元计算基本假定

4.2网架结构的计算模型及计算方法

4.2.1计算模型及整体坐标下单元刚度矩阵

4.2.2边界条件

4.3网架结构随机有限元的计算列式

4.4偏导数刚度矩阵和偏导数荷载矩阵

4.4.1空间网架结构的单元偏导数刚度矩阵

4.4.2空间网架结构的单元偏导数荷载向量

4.5随机有限元法计算网架结构可靠度的程序设计

4.6本章小结

参考文献

第五章结构安全监测的硬件系统

5.1光纤传感系统构成

5.2无线传感网络系统的硬件设计

5.3振弦式无线传感单元的硬件设计

5.3.1传感器模块

5.3.2处理器模块

5.3.3通信模块

5.3.4电源

5.3.5无线传感单元的封装

5.4无线倾角传感单元的硬件设计

5.4.1传感器模块

5.4.2处理器模块

5.4.3通信模块

5.3.4电源

5.3.5无线传感单元的封装

5.5振动信号无线传感单元的硬件设计

5.4.1传感器模块

5.4.2电源

5.6本章小结

参考文献

第六章工程实例

6.1工程概况

6.2改造施工方案

6.3工程监测方案

6.3.1系统监测的目的

6.3.2结构应力监测

6.3.3结构变形监测

6.4监测数据分析

6.4.1网架应力监测数据分析

6.4.2托梁应力监测数据分析

6.4.3网架位移监测数据分析

6.5施工过程中网架的可靠度分析

6.6本章小结

参考文献

第七章结论与展望

7.1结论

7.2展望

致谢

附录A工程监测现场照片集

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果

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摘要

工程结构在施工过程中发生重大事故,造成越来越大的财产损失和人员伤亡,如何保证工程结构在施工过程中的安全性日益受到关注。在这背景下,工程结构的施工安全监测与预警技术越来越重要。 对于施工期的工程结构,实现结构实时的多目标、多水准安全监测需要安装的各种各样的传感器,这时对于实现数据的实时获取、传输、处理、分析和存储工作至关重要,因而寻找一个方便可靠的监测系统是必要的。无线传感器网络和光纤传感器系统则可以满足条件复杂的施工现场的要求。 无线传感器网络系统因具有测点布置范围广、成本低、不会因布线给周边环境带来影响、可以长时间在线监测等优点,特别适用于环境情况复杂的施工现场;光纤传感系统的光纤本身既是传感器,又是信号传输导线;柔软的光纤还可以适应不同形状的被测对象。采用光信号进行信号传输,因此具有比电致传感器好得多的环境噪声干扰的耐受性能,可以适应该结构所处环境条件比较复杂的特点。无线传感器网络系统和光纤传感监测系统在构建现场环境条件复杂的施工安全监测系统中具有巨大的优势。 随机有限元分析方法能从整体上分析随机结构的工作状态,而可靠指标则能从概率意义的角度评价结构的安全性能,将可靠性理论与随机有限元法结合,可以从结构整体上评估结构多水准的安全状态。 研究了窄间网架结构的静力有限元总刚度方程,建立了网架杆件的极限状态方程,推导了结构随机有限元分析的单元偏导数刚度矩阵、单元偏导数荷载列阵。并根据以上的理论推导编制了有限元分析程序,便于实际工程的结构分析。研究表明:采用随机有限元方法分析可以较为准确评价网架结构的可靠度。 以上海世博园浦西综艺大厅网架结构“托梁抽柱”施工监测为工程背景,构建了多目标、多水准的结构施工安全监测系统。采用无线传感网络系统、光纤传感系统以及现场观测的方式实现了对空间网架结构改建施工的实时安全监测,确保了施工安全,同时为今后大跨、高层、深基坑等工程的施工安全监测提供了宝贵经验。 最后,对进一步的研究方向作了简要的讨论。

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