橋梁承重短桿索張力無線自動測試與識別系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種橋梁承重短桿索張力無線自動測試與識別系統(tǒng)，屬于橋梁結(jié)構(gòu)安全評估【技術(shù)領(lǐng)域】。包括振動傳感器、傳輸模塊1、采集模塊、識別模塊、傳輸模塊2、供電模塊、傳輸模塊3和用戶終端；振動傳感器將橋梁桿索索的振動信號通過傳輸模塊1傳送至采集模塊，采集模塊對振動信號進(jìn)行處理后將數(shù)據(jù)通過傳輸模塊2傳送至識別模塊，識別模塊根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)采用識別算法對橋梁桿索索張力進(jìn)行計算并將計算結(jié)果通過傳輸模塊3傳送至用戶終端。本系統(tǒng)可精確識別固支-鉸支邊界和固支-固支邊界的短桿索張力以及快速估計復(fù)雜邊界條件下短桿索的張力范圍，實現(xiàn)提高張力識別的計算精度和識別效率，可用于橋梁桿索張力的定期檢測和長期監(jiān)測。
【專利說明】橋梁承重短桿索張力無線自動測試與識別系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于橋梁結(jié)構(gòu)安全評估【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種橋梁承重短桿索張力無線自動 測試與識別系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，特大跨徑、大跨徑的跨江跨海大橋?qū)映霾桓F， 受力性能優(yōu)良的承重桿索或者拉索（簡稱：桿索）被首選作為最主要的承力構(gòu)件之一，如系 桿拱橋、懸索橋、斜拉橋等。與此同時，作為最主要的承力構(gòu)件的橋梁桿索，其受力狀態(tài)對整 個橋梁結(jié)構(gòu)的健康運(yùn)營至關(guān)重要。然而在役桿索橋梁在使用過程中其受力構(gòu)件不可避免地 受到不利環(huán)境作用的影響，如遭受風(fēng)、地震、急劇增長的交通荷載等外來作用，同時結(jié)構(gòu)自 身的功能退化也會隨著服役期的增長而發(fā)生變化，在內(nèi)外因素綜合作用下，將會導(dǎo)致桿索 出現(xiàn)不同程度的病害，如果承重桿索失效將會引發(fā)嚴(yán)重的橋梁事故。因此，橋梁承載短桿索 的張力識別方法以及與其相關(guān)的定期檢測和長期監(jiān)測技術(shù)有明確的實際工程意義，可以為 索纜承重橋梁的安全運(yùn)營提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)保障。
[0003] 為了掌握索纜承重橋梁在建造、運(yùn)營和換索過程中的實際受力狀況，必須全面了 解承重體系中所有桿索的實際受力情況，并對承載桿索進(jìn)行健康評估和診斷檢測。目前，國 外已對包括液壓表法、應(yīng)力測力儀法、索伸長量法、電磁場法及動力學(xué)方面的測頻率法等方 面作過大量研究。液壓表法、應(yīng)變測力儀及索伸長量法一般只適用于施工中的測量，并存在 測試設(shè)備笨重、勞動力消耗大、費(fèi)時、準(zhǔn)確度低等缺點。由于電磁場及測頻率法可用于在役 承載桿索的張力測試，振動頻率法與其余三種測試方法相比較，該方法具更經(jīng)濟(jì)、更省力、 更省時等特點，非常適合于營運(yùn)期桿索的張力測試和監(jiān)測。
[0004] 以往的張力識別方法要么是借助于繁瑣的非線性方法迭代，要么是采用公式直接 對張力進(jìn)行識別。目前后者僅限于鉸支-鉸支邊界和固支-固支邊界的張力識別，鉸支-鉸 支邊界張力公式采用的是經(jīng)典的公式，而固支-固支邊界張力公式則是基于張力分段區(qū)間 的識別公式，步驟是：（1)預(yù)估計一個張力；（2)根據(jù)預(yù)估計張力選擇張力分段區(qū)間；（3)將 測試頻率代入張力公式之中，得到識別張力；(4)再根據(jù)已識別張力，反復(fù)迭代上述過程， 就可以得到精度較高的張力，整個識別過程比較繁瑣、精度不高，不便于實際操作。同時，還 未見固支-鉸支邊界條件下張力公式和基于估計區(qū)間的復(fù)雜邊界條件張力估計方面的報 道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種橋梁承重短桿索張力無線自動測試與識別系 統(tǒng)，本方案能夠精確識別固支-鉸支邊界和固支-固支邊界的短桿索張力以及快速估計復(fù) 雜邊界條件下短桿索的張力范圍，可實現(xiàn)復(fù)雜邊界條件下承重短桿索張力識別的工程化、 儀器化和標(biāo)準(zhǔn)化，提高張力識別的效率和精度。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0007] -種橋梁承重短桿索張力無線自動測試與識別系統(tǒng)，包括振動傳感器、傳輸模塊 1、采集模塊、識別模塊、傳輸模塊2、供電模塊、傳輸模塊3和用戶終端；振動傳感器將橋梁 桿索的振動信號通過傳輸模塊1傳送至采集模塊，采集模塊對振動信號進(jìn)行處理后將數(shù)據(jù) 通過傳輸模塊2傳送至識別模塊，識別模塊根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)采用識別算法對橋梁桿索張 力進(jìn)行計算并將計算結(jié)果通過傳輸模塊3傳送至用戶終端。
[0008] 進(jìn)一步，所述系統(tǒng)還包括云平臺，采集模塊接收到振動傳感器傳送的數(shù)據(jù)，進(jìn)行處 理后通過傳輸模塊3傳送至云平臺，在云平臺上通過識別算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行計算并得到橋梁 桿索張力，用戶終端通過訪問云平臺得到橋梁桿索張力計算結(jié)果。
[0009] 進(jìn)一步，識別模塊中的識別算法能夠?qū)崿F(xiàn)固支-鉸支邊界和固支-鉸支邊界的張 力識別以及復(fù)雜邊界條件下橋梁桿索張力估計，具體張力計算方法如下：
[0010] 1)鉸支-鉸支邊界張力解析公式

【權(quán)利要求】
1. 一種橋梁承重短桿索張力無線自動測試與識別系統(tǒng)，其特征在于：包括振動傳感 器、傳輸模塊1、采集模塊、識別模塊、傳輸模塊2、供電模塊、傳輸模塊3和用戶終端；振動傳 感器將橋梁桿索的振動信號通過傳輸模塊1傳送至采集模塊，采集模塊對振動信號進(jìn)行處 理后將數(shù)據(jù)通過傳輸模塊2傳送至識別模塊，識別模塊根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)采用識別算法對 橋梁桿索張力進(jìn)行計算并將計算結(jié)果通過傳輸模塊3傳送至用戶終端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種橋梁承重短桿索張力無線自動測試與識別系統(tǒng)，其特征 在于：所述系統(tǒng)還包括云平臺，采集模塊接收到振動傳感器傳送的數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理后通過傳 輸模塊3傳送至云平臺，在云平臺上通過識別算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行計算并得到橋梁桿索張力， 用戶終端通過訪問云平臺得到橋梁桿索張力識別結(jié)果。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種橋梁承重短桿索張力無線自動測試與識別系統(tǒng)，其特征 在于：識別模塊中的識別算法能夠?qū)崿F(xiàn)固支-鉸支邊界和固支-鉸支邊界的張力識別以及 復(fù)雜邊界條件下橋梁桿索張力范圍估計，具體張力識別方法如下： 1) 鉸支-鉸支邊界張力解析公式
其中，π為圓周率，i為頻率階數(shù)，&為第i階自振頻率，Tn為桿索張力，1為桿索長 度，EI為桿索彎曲剛度，PA為桿索線密度； 2) 固支-鉸支邊界張力解析公式
其中，k為固支-鉸支邊界的桿索張力，Ui是與Z相關(guān)的待定參數(shù)，Z是與桿 索彎曲剛度EI、密度PA、長度1和自振頻率fi相關(guān)的參數(shù)，即I= 4/:2p/f/4 /f/ ;根據(jù) 的取值，確定出的表達(dá)式；當(dāng)頻率階數(shù)i=1時，X與h關(guān)系見表1所示，表中 丨=(^-2.408Ε1)χ:Ι()E3;當(dāng)頻率階數(shù)i彡2時可以得到類似于表1的表達(dá)式； 表1當(dāng)頻率階數(shù)為i=1時根據(jù)Z確定μi取值
3) 固支-固支邊界張力解析公式
其中，Tee為固支-固支邊界的桿索張力，Ui是與TT相關(guān)的待定參數(shù)，Z是與桿 索彎曲剛度EI、密度PA、長度1和自振頻率fi相關(guān)的參數(shù)，即I= 4乂2P/!/4 /￡/ ;根據(jù) Z的取值，確定出Ui的表達(dá)式；當(dāng)頻率階數(shù)i=1時，7[與μ:關(guān)系見表2所示，表中 % =(7_5.()7El)xU)d2;當(dāng)頻率階數(shù)i彡2時可以得到類似于表2的表達(dá)式； 表2當(dāng)頻率階數(shù)i=1時根據(jù)7[確定μi取值
4)復(fù)雜邊界條件張力估計I類：鉸-鉸?鉸-固：心Srj7 II類：鉸-鉸?固-固= III類：鉸-固?固-固： 其中，f為復(fù)雜邊界條件的桿索張力，τπ、Tw和Tee根據(jù)式I)、式2)和式3)得到。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種橋梁承重短桿索張力無線自動測試與識別系統(tǒng)，其特征 在于：所述供電模塊采用太陽能或橋梁振動發(fā)電或桿索振動發(fā)電的方式為系統(tǒng)提供電源。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種橋梁承短桿索張力無線自動測試與識別系統(tǒng)，其特征在 于：所述傳輸模塊1、2、3采用無線或有線通信的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。
【文檔編號】G01L5/00GK104316249SQ201410659522
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月12日
【發(fā)明者】廖敬波, 唐光武, 孟利波, 張長青, 張又進(jìn), 宋剛, 譚川, 潘飛, 唐浩, 陳果 申請人:招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司