《基於智慧型鐵磁性標籤石塊的橋樑沖刷監測》是依託大連理工大學,由江勝華擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於智慧型鐵磁性標籤石塊的橋樑沖刷監測
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：江勝華
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
重大橋樑結構的沖刷往往發生在大規模的洪水期間，具有隱蔽性高、影響因素多、隨機性強、破壞後修復難度大等特徵，目前還沒有可靠的橋樑線上沖刷監測手段。本項目提出基於智慧型鐵磁性標籤石塊的沖刷監測方法，針對橋樑沖刷環境、感測器長期服役以及目前磁法探測技術的磁異常測試精度等問題，考慮成本因素，研究開發智慧型鐵磁性標籤石塊的封裝技術，發展智慧型石塊定位的磁法探測技術；研究智慧型石塊的水動力學特徵，通過智慧型石塊的位置變化反演橋樑沖刷狀態。在此基礎上，選取有代表性的橋樑結構，研究橋樑沖刷的智慧型石塊布設方法，研究基於監測信息的橋樑沖刷演化規律，發展橋樑沖刷的快速評定與拋石防護方法與技術。.通過上述研究，發展一套基於智慧型石塊的橋樑沖刷監測技術，揭示橋樑長期沖刷演化規律，為橋樑沖刷難題提供一套監測和防護一體化安全保障技術。
結題摘要
重大橋樑結構的沖刷具有隱蔽性高、影響因素多、隨機性強、破壞後修復難度大等特徵，目前還沒有可靠的橋樑線上沖刷監測手段。本項目本項目提出了基於智慧型磁性石塊的橋墩沖刷監測方法。研究基於智慧型磁性石塊的橋墩沖刷位移場監測方法，分析智慧型磁性石塊的動態沖刷監測機理，對於沖刷導致的橋墩結構體系的安全水平降低給出計算公式，並分析樁墩剛度比、橋墩高度、承台質量和滑動橡膠支座等對橋墩結構體系穩定的影響。主要研究內容和研究成果包括：（1） 基於智慧型磁性石塊的橋墩沖刷監測系統由磁性智慧型石塊和磁力梯度儀構成，智慧型磁性石塊可由電磁鐵或釹鐵硼永磁鐵構造。考慮智慧型石塊的磁矩、全張量磁力梯度儀的精度和地球磁場的情況下，分析了沖刷位移監測系統的有效監測距離。（2） 分別採用基於LM-遺傳算法的磁場梯度定位和基於磁場梯度縮並定位的算法實現智慧型磁性石塊的沖刷位移場監測。在實際橋樑工程的沖刷監測中，考慮到磁力梯度儀的實測誤差，變形監測的精度可通過增大智慧型石塊的磁矩、改變全張量磁力梯度儀的位置進行調整。（3） 智慧型磁性石塊的動態沖刷監測機理研究。對於橋墩局部沖刷防護的石塊起動，在已有研究基礎上以圓柱形橋墩為例分析了橋墩局部的流速，通過赫茲接觸理論分析給出了智慧型石塊兼具監測和防護性能時的直徑與行近流速的關係。在簡化沖刷坑和沖刷坑內流場的基礎上，分析了沖刷坑中智慧型石塊的受力和不同運動模式，得到了智慧型石塊可動態監測沖刷坑深度時的直徑與行近水流的關係。（4） 對於橋墩結構體系的沖刷問題，採用橋墩-群樁的等效結構體系簡化分析土-樁-橋墩結構的相互作用，並考慮了上部橋面結構的滑動橡膠支座和承台質量對結構體系的屈曲性能的影響。樁墩剛度比、橋墩長度和橡膠支座等對群樁-橋墩結構體系的穩定有較重要的影響。在實際工程中，可最佳化橋墩和群樁的剛度比、長度比，使得結構體系擁有合理的剛度分布，從而在沖刷作用下可在一定程度上減緩橋墩-群樁結構體系的屈曲性能的降低。（5） 智慧型磁性石塊不需要布線，不受雨水、土石流、撞擊等環境影響，也不需要維護，可廣泛用於橋墩沖刷監測、岩土工程的變形監測等領域。本文中提出的基於智慧型石塊的橋墩局部沖刷監測方法，其中智慧型石塊可擴展到射頻識別定位技術、ZigBee等諸多穿透水、岩土的非接觸式三維定位技術。
