基于无线传感器网络斜拉桥模型动力特性的分析

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1、硕士学位论文基于无线传感器网络的斜拉桥模型动力特性分析DANAMICCHARACTERISTICSOFCABLE-STAYEDMODELBRIDGEBASEDONWIRELESSSENSORSNETWORKS张海江哈尔滨工业大学2012年6月国内图书分类号：U446.1学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开工学硕士学位论文基于无线传感器网络的斜拉桥模型动力特性分析硕士研究生：张海江导师：柳成荫助理教授申请学位：工学硕士学科：土木工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2012年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:U446.1U.

2、D.C:624DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDANAMICCHARACTERISTICSOFCABLE-STAYEDMODELBRIDGEBASEDONWIRELESSSENSORSNETWORKSCandidate：ZhangHaijiangSupervisor：AssistantProf.LiuChengyinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：StructuralEngineeringAffiliation：ShenzhenGrad

3、uateSchoolDateofDefence：June,2012Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要桥梁结构在正常使用阶段及突发事件中承受动力荷载作用，其动力特性分析是桥梁结构设计、施工控制及运营阶段动力监测的基础分析。本文依托滨州黄河公路大桥缩尺模型，以有线数据采集系统识别的动力特性参数为基准，开展了基于无线传感器网络识别的动力特性参数进行斜拉桥模型动力特性分析的研究工作，为无线传感器网络在桥梁结构动力特性分析方面实际应用做一些基础性研究。首先，结合本

4、实验室现有的实验仪器条件，确立了试验方案并建立了振动试验系统——激振系统、采集系统和分析系统。试验方案采用多点激励多点响应试验模态分析方法，采用跑点——参考点的分组测量法。本文激振系统和有线采集系统使用了虚拟仪器，其系统开发使用了LabVIEW8.6软件平台；无线采集系统传感器节点使用了Imote2硬件平台和ISM400传感板；分析系统采用MATLAB软件进行数据处理。其次，深入研究了模态试验分析和有限单元法两类参数识别方法。掌握了特征系统实现算法和频域分解法识别动力特性参数的原理。基于振动试验有线采集系统获得的加速度信号，使用MATLAB软件自行编写的特征系统实现

5、算法和频域分解法程序识别缩尺模型动力特性参数（桥面板前6阶竖向频率和振型）；对比了两种方法识别的频率和归一化振型，验证了两种算法程序正确。本文选用双主梁建模方法建立了实验室缩尺斜拉桥模型的有限元模型，并对其进行了模态分析，提取了桥面板前6阶竖向振型和频率。最后，使用上述模态参数识别方法对无线采集系统的加速度数据进行了参数识别，提取的模态参数与有线结果基本一致，表明基于Imote2节点的无线传感器网络能够用于模型桥的动力特性分析。以振型特征一致为准则，频率较大误差为竖向第1阶3.41%和竖向第5阶2.26%，其余均在1%以下。分析了模型桥动力特性：模态比较密集，符合斜

6、拉桥特性；桥面板竖向刚度相对小于横向刚度；扭弯频率比为2.77。关键词：动力特性分析；斜拉桥模型；无线传感器；振动系统；频域分解法；特征系统实现算法-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThisthesisstudiesdynamiccharacteristicsofacable-stayedbridgemodelbasedonwirelesssensorsnetworks(WSNs)withidentifyingthemodalparemeters,whichareincomparisonwiththatfromtraditionalwiredsen

7、sors,andthisscalemodelcomesfromBinzhouYellowRiverHighwayBridgelocatedinShandongprovince,China.ThisthesisisabasisstudyinordertoextendapplicationofWSNstobridgestructuresdynamicmonitoring,andthedetailedcontentsofthisdissertationareshownasbelow:Firstly,thisthesisgivesatestschemeandbuilds