一種橋梁結(jié)構(gòu)撓度線形測量裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于橋梁結(jié)構(gòu)測量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種橋梁結(jié)構(gòu)撓度線形測量裝置和方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 橋梁檢測及健康監(jiān)測過程中，橋梁的撓度是橋梁結(jié)構(gòu)在強度、剛度、穩(wěn)定性三大關(guān) 鍵問題上都非常關(guān)注的重要參數(shù)，對評價橋梁結(jié)構(gòu)的長期和瞬態(tài)運營狀態(tài)，檢驗橋梁的真 實受力特性具有重要的理論價值，因此，撓度測量的精度及準(zhǔn)確性顯得至關(guān)重要。在這種需 求下，國內(nèi)外研究人員發(fā)展了許多新的撓度測量方法，其中具有代表性的有：百分表法、連 通管法、水準(zhǔn)儀法、GPS撓度測量法、激光法。它們都不同程度地存在著一些問題和不足：成 本高、精度低；維護(hù)困難、不適于長期使用；使用條件苛刻、實用性不強；準(zhǔn)備時間過長，安 裝不大方便。因此，方便、有效、科學(xué)的橋梁結(jié)構(gòu)動態(tài)參數(shù)測量一直是橋梁界亟需發(fā)展和研 究的技術(shù)。目前橋梁撓度線形（即橋梁在豎直方向上的彎曲曲線）經(jīng)常應(yīng)用在新橋驗收、 現(xiàn)存橋梁的維護(hù)、例行檢測等的測量上。目前大多數(shù)測量橋梁撓度線形的方法都是先測量 離散點的撓度，再對測量點進(jìn)行擬合，擬合的平滑度與測量點的數(shù)量直接相關(guān)。在現(xiàn)有撓度 測量技術(shù)中，對一座橋梁的撓度測量限于測量時間的限制和操作的方便性，一般只對少數(shù) 點進(jìn)行測量，然后進(jìn)行粗糙擬合的方法進(jìn)行，不能很好的重現(xiàn)橋梁的連續(xù)撓度線形。因此， 設(shè)計出橋梁撓度線形快速測量裝置，對橋梁撓度進(jìn)行更精細(xì)的擬合，具有重要的理論意義 和實用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題或缺陷，本發(fā)明的目的在于，提供一種操作簡單 且計算精度高的橋梁結(jié)構(gòu)撓度線形測量裝置和方法。
[0004] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0005] -種橋梁結(jié)構(gòu)撓度線形測量裝置，包括測試小車，所述測試小車上安裝有傾角測 量模塊，所述傾角測量模塊連接濾波電路，所述濾波電路通過A/D轉(zhuǎn)換器與信息處理模塊 連接，所述信息處理模塊連接存儲單元；
[0006] 所述測試小車底面的四個角上分別安裝一個位移傳感器，每個所述位移傳感器均 連接所述信息處理模塊；
[0007] 所述測試小車的車輪上安裝有位移測量裝置，所述位移測量裝置與信息處理模塊 連接。
[0008] 具體地，所述傾角測量模塊包括水平傾角傳感器和垂直傾角傳感器，二者正交設(shè) 置。
[0009] -種橋梁結(jié)構(gòu)撓度線形測量方法，具體包括以下步驟：
[0010] 步驟1:位移測量裝置發(fā)送脈沖到信息處理模塊，信息處理模塊計算測試小車移 動距離，若移動距離達(dá)到設(shè)定值L，則信息處理模塊向傾角測量模塊和各個位移傳感器發(fā) 送觸發(fā)信號；
[0011] 步驟2 :傾角測量模塊接收到信息處理模塊發(fā)送的觸發(fā)信號，對各測點的夾角數(shù) 據(jù)進(jìn)行采集，測得第i個測點的X軸傾角aix和Y軸傾角aix,i= 1，2, 3,…，n，并將角度 信息發(fā)送到信息處理模塊中；
[0012] 步驟3 :各個位移傳感器接收到信息處理模塊發(fā)送的觸發(fā)信號，測得測試小車運 行到各個測點的四個角與橋面的距離，第i個測點的四個角與橋面的距離為Hu、Hl2、Hl3、 H14;并將距離信息傳送到信息處理模塊；
[0013] 步驟4 :信息處理模塊對步驟2得到的X軸角度alx和Y軸角度aly進(jìn)行處理，得 到第i個測點測試小車與水平面的夾角a11;信息處理模塊對步驟3得到的距離信息Hu、 Hl2、Hl3、H14進(jìn)行處理，得到測試小車與其沿橋面行駛方向的夾角a12;根據(jù)au和a12得到 第i個測點相對于第i_l個測點的垂直位移AH1;
[0014] 步驟5 :利用步驟4得到的H11利用修正梯度均值濾波法求得各個測點在二維坐標(biāo) 系中的位置（Xl，Y1)，利用最小二乘法對測點位置進(jìn)行擬合得到橋梁線性，通過與橋梁施工 圖測點位置進(jìn)行比對，得到橋梁撓度變形值；同時，在不同時間段測量橋梁撓度線形圖，對 同一位置的變形進(jìn)行比較，即可判斷該位置是否存在撓度變化，是否需要進(jìn)行檢修。
[0015] 進(jìn)一步地，所述的步驟4中：
[0026] 其中，ai表示第i個測點橋面與水平面的傾角i= 2, 3,…，n;AH1表示第i個測 點相對于第i_l個測點的垂直位移為AH1,Hni表示第m個測點相對于起始測點的豎直位移 Hm〇
[0027] 進(jìn)一步地，所述的步驟5的具體實現(xiàn)方法如下：
[0028] 步驟5. 1:求算數(shù)平均值A(chǔ)k
[0029] 根據(jù)步驟4得到AH1，以初始點AH1為起點，取AHi的前5個數(shù)值：SPAHpAH2、 AH3、AH4、AH5，去掉其中的最大值和最小值，將剩余的3個值求其算術(shù)平均值，記為Ak;
[0030] 步驟5. 2:根據(jù)Ak確定置信區(qū)間
[0035] 步驟5. 3:判斷A&是否為干擾信號或拐點，并進(jìn)行修正；
[0036] (1)判斷A&是否為干擾信號，若AH6是干擾信號，將其修正，若不是干擾信號， 則不作修正；
[0037] 具體判斷方法為：當(dāng)AH6不屬于步驟5. 2中的置信區(qū)間時，可認(rèn)為AH6S干擾信 號；
[0049] (2)判斷AHf^應(yīng)的第6個測點是否為拐點，若是拐點，則不作修正，若不是拐點， 則進(jìn)行修正；
[0050] 具體判斷方法為：利用AH7，若AH6*AH7S0,認(rèn)為第6個測點為拐點；若 AH6 ?AH7〈0,認(rèn)為第6個測點不是拐點，而是干擾信號；
[0051] 具體修正方法如下：
[0052] 當(dāng)AH6 ?Ak〈0時，有以下幾種情況：
[0061] 對于j，1，n，p，可認(rèn)為AHM應(yīng)測點為拐點，無需修正；對于i，〇,可認(rèn)為AH6F 是拐點，修正為Ak;對于k，m，可認(rèn)為AH1F是拐點，修正為0 ;
[0062] 步驟5. 4 :根據(jù)AH6是否為拐點選擇新的起點和待處理數(shù)據(jù)
[0063] 若AH6對應(yīng)的測點不是拐點，序列前移，進(jìn)一步處理下一個數(shù)據(jù)，即用AH2、AH3、 AH4、AH5、AH6替換AHpAH2、AH3、AH4、AH5，返回步驟5. 1處理A屮;若AH6對應(yīng)的測 點是拐點，則用八116、八117、八比、八119、八11 1。替換八111、八112、八113、八114、八11 5，返回步驟5.1 處理AH11,以此類推，直到處理完步驟4采集的所有的AH1，最終得到修正后的第i個測 點相對于第i_l個測點的垂直位移為AH'i，由此可得第m個測點在二維坐標(biāo)系中的位置 (xn，yn)，其中：
[0066] 其中，初始點（xQ，y。）= (0,0);
[0067] 步驟5. 5 :通過最小二乘法對步驟5. 4修正后得到的各點（X1, yi)(1彡i彡n)擬 合，得到擬合曲線方程為：
[0068] y*= c (^c1X+...+CkXk
[0069] 其中，c。、C1、…、Ck為待定系數(shù)；
[0070] 利用最小二乘法求解待定系數(shù)c。、C1、…、Ck，所述最小二乘法的方程式為：
[0072]由此可求得系數(shù)c。、C1、…、Ck的值，階數(shù)k的選擇需滿足：
[0074] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果：
[0075] 1、本發(fā)明采用測試小車進(jìn)行橋梁撓度測量，本發(fā)明的裝置無需固定安裝在橋梁 上，設(shè)備簡單，易于實現(xiàn)，性價比高，操作方便，能夠快速、客觀、智能化地感測與重現(xiàn)橋梁撓 度線形。
[0076] 2、采用位