土木工程隧道论文提纲

论文题目：盾构隧道管片衬砌结构位移感知装置及其应用

摘要：盾构隧道是一种应用十分广泛的隧道结构,在运营过程中一旦出现问题,修复工作十分困难,且修复费用不菲,针对隧道结构进行科学而有效地监测尤为重要。现如今传统的监测手段存在工作内容复杂、价格昂贵、数据来源不稳定等问题,隧道实际服役的状态以及衬砌结构的变形难以得到实时反馈。为实现地下隧道管片接头转角变化的无线监测,本文借助物联网技术进行位移转角感知装置的设计和实验研究。首先,根据衬砌结构特有的装配方式,设计一种接触式位移转角感知装置。该装置是由电阻式位移传感器连接两根导杆以一定角度固定在管片接头处的两侧,通过Arduino UNO开发板连接传感器的输出端将位移量由角度关系转化为电信号输出。再借助ESP8266无线传输模块连接贝壳物联网平台,给出硬件搭建和程序设计,通过贝壳物联实现数据实时传输和共享,开发出一套基于物联网技术的隧道管片接头位移转角感知装置的设计。其次,经过多组实验数据采集和测试,选取合适阻值的电位器进行试验。再由多次实验对电位器不同阻值区间的精度进行测试,对其取值进行了计算分析。通过线性拟合运算了模拟量和电位器转角的关系,由模拟量得到电位器转角进而推算得到实测倾角角度。并对该装置进行±10°范围内的转角角度试验,通过预设倾角角度和实测倾角角度进行对比分析,计算了其中的误差,进而验证了该装置检测倾角角度变化的精度。再次,以该装置应用于一环管片为例,将管片之间接头处的位置用极坐标系的方法表达出来,并推导出其受力变形后的公式。再由Midas GTS NX有限元对盾构隧道管片衬砌结构进行受载荷模拟分析,得到变形后的位移值和转角值,代入推导公式进行计算。通过有限元模拟对管片模型的位置与理论公式推导所得的位置进行对比分析,结果基本吻合,验证了该公式的可行性,进一步确认该装置在监测到角度变化后可以推算出整环管片模型的位置变化,从而判断出此时管片的变形情况,来实现智能化隧道远程监测功能。最后,本装置旨在以高精度、低成本、安装便捷、适用范围广为优势,进行盾构隧道管片位移转角的数据采集、分析和应用研究。本项目结合电子设备与物联网平台的远程连接应用于土木工程隧道监测之中,这对于地下隧道工程结构评估和智能化监测系统研究具有一定的科学意义和实用价值。

关键词：盾构隧道;无线监测;电阻式位移传感器;Arduino UNO;物联网

学科专业：交通运输工程（专业学位）

摘要

abstract

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 隧道监测技术国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.2.3 研究现状总结

1.3 物联网技术

1.3.1 物联网技术的概述

1.3.2 物联网技术的发展

1.4 研究内容及创新点

1.4.1 主要研究内容

1.4.2 创新点

1.4.3 技术路线

1.5 本章小结

第二章 位移转角感知装置的关键技术

2.1 电阻式位移传感器技术

2.1.1 电阻式位移传感器的原理

2.1.2 电阻式位移传感器的应用

2.2 Arduino UNO开发板

2.2.1 Arduino UNO主要技术

2.2.2 Arduino UNO开发环境

2.3 无线通信模块技术

2.3.1 ESP8266模块功能描述

2.3.2 模块不同型号选择

2.4 物联网平台

2.5 本章小结

第三章 位移转角感知装置的设计方案

3.1 感知装置原理分析

3.2 感知装置设计分析

3.2.1 模型结构设计

3.2.2 硬件模块设计

3.2.3 软件模块设计

3.3 系统运行分析

3.3.1 Arduino IDE程序

3.3.2 数据上传程序

3.3.3 数据处理模块

3.4 本章小结

第四章 位移转角感知装置系统模拟实验设计分析

4.1 角度试验模型的搭建

4.2 电位器测试

4.2.1 不同阻值电位器选择

4.2.2 电位器精度测试

4.3 角度试验测试

4.3.1 电位器转角与模拟量之间的关系

4.3.2 角度范围实验模拟测试

4.3.3 理论与实测倾角角度的对比分析

4.4 本章小结

第五章 盾构隧道管片模型受载荷变形监测及应用分析

5.1 变形监测及公式推理

5.2 盾构管片模型受载荷试验方案

5.2.1 管片模型的设计

5.2.2 感知装置的布设

5.3 盾构管片模型受载荷模拟分析

5.3.1 梁-弹簧模型

5.3.2 Midas GTS NX有限元模拟分析

5.3.3 结果数据对比分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢