CN106802221A - 一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测车装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉属于桥梁检测装置技术领域，特别是涉及一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测车装置。其包括移动小车，能够在待测桥梁上移动；信号拾取装置，用于拾取待测桥梁传递到所述移动小车上的振动信号；信号收集装置，连接于所述信号拾取装置，收集所述信号拾取装置拾取到的振动信号，本发明的一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测车装置能够全面、实时、有效且精确地采集桥梁响应信号，从而满足基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的需求。

Description

一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测车装置

技术领域

本发明属于桥梁检测装置技术领域，特别是涉及一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测车装置。

背景技术

随着国民经济的快速发展和城市化进程的不断加深，国家对交通基础设施的建设越来越重视。桥梁结构作为连接交通工程的“咽喉”，其重要性不言而喻。桥梁结构作为“生命线”工程中的重要一环，对正常的交通运输以及防灾救灾至关重要，因此对其安全性、耐久性与正常使用功能的要求也越来越高。

但一方面，在桥梁结构的施工过程中，由于材料的不均匀性和施工精度等问题，会使得实际结构的动力特性和设计预想存在偏差；另一方面，在桥梁的运营过程中，会受到地震、强风、车辆超载等因素的影响，加上材料自身性能的不断退化、老化，结构构件会出现不同程度的损伤，如果这些损伤未被及时发现并修复，那么随着损伤积累，结构的正常使用就会受到影响，严重时甚至会引起结构的断裂、倒塌，对人民群众的生命财产安全造成威胁。所以，在桥梁结构等工程项目中，无论施工阶段，还是运营服役阶段，都需要对其定期检测，了解结构的性态，并以此为基础，进一步实现结构的健康监测。

近些年来，国内外发生的一些工程事故，更进一步说明了对结构进行损伤检测的必要性。除去可能存在的设计不当、施工质量问题外，有很大部分的原因在于其桥梁在服役阶段，并无及时的检测发现可能存在的安全隐患，进而采取相应的维护措施。但现行的检测工作往往需要监测人员定期对桥梁进行检测，且这种人工检测工作往往具有盲目性，工作量巨大；或者在桥梁结构上安装传感器，通过采集信号对桥梁状态进行评定，这样需要大量传感器布置，且面临着海量的数据处理工作，极大地耗费了人力物力。所以急需一种可以快速、有效、经济的方法对桥梁的动力特性进行测定，同时也可以在一定程度上对桥梁是否损伤、哪里损伤、损伤多少进行评定，来指导、协助桥梁的检测维护人员尽早发现桥梁病害，制定养护方案。

另外在检测过程中，能否完整有效且高精度的采集响应信号将对检测结果的准确性有重大影响，是关键性的一个环节。首先，整个桥梁的任一部分均有可能存在损伤，所以需要对待测桥梁的任一部分的响应信号均进行全面、实时、有效的采集，所以信号采集装置需要具备扫描式信号采集的功能，才能使预期的桥梁检测得以实现。另外，为了获得高精度的检测结果，信号采集必须准确，保证所采集到的信号为有价值的、真实的包含了桥梁响应信号，而由于桥梁表面情况复杂多样，实际检测时周围环境又很难达到理想状态，各种干扰噪声都有可能严重影响信号采集结果。其次，所开发的基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法具有全面性，通用性等特点，对各式大小桥梁均能得到很好的应用，需要对移动小车的车体质量、车体竖向刚度以及车辆本身的固有频率等均有很大的要求。另外，现有的检测方式往往需要中断桥梁交通，否则其他交通车辆的噪声将产生严重干扰，也就是说检测期间桥梁的动能将为零，这将造成严重的运力损失，并给当地交通造成压力，所以，如何能够在不中断桥梁交通的前提下准确对桥梁进行检测，不受周围交通噪声的干扰，一直是本技术领域的技术难题。

发明内容

本发明解决的技术问题是现有桥梁结构的施工过程中实际结构的动力特性和设计预想存在偏差；同时在桥梁的运营过程中，会有各种损伤，损伤未被及时发现并修复，损伤长期累计会引起结构的断裂、倒塌。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案:一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测车装置，包括：移动小车，在待测桥梁上移动；信号拾取装置，设置于所述移动小车上，用于拾取待测桥梁传递到所述移动小车上的振动信号；信号收集装置，连接于所述信号拾取装置，收集所述信号拾取装置拾取到的振动信号。

进一步，所述移动小车连接有一驱动装置，所述驱动装置驱动移动小车在待测桥梁上移动。

进一步，所述驱动装置为牵引车。

进一步，所述移动小车包括车体和连接臂杆，车体包括车架、车轮和配重块；车轮为气胎；连接臂杆，设置于车体前端且与驱动装置连接；配重块和和车架可拆卸连接。

进一步，所述车轮包括左右两个车轮，车轮关于纵向车身轴线对称设置。

进一步，所述连接臂杆与驱动装置连接处的顶端为柔性垫块结构，连接臂杆与车体长度比值1:1。

进一步，所述移动小车设计需满足多项车体设计原则，包括车架结构左右对称、车体质心集中、车体质心位置低；车架结构左右对称，避免移动小车前进中发生颠簸或跑偏现象；车体质心集中，在质心位置设置信号拾取装置，进一步保证采集信号的准确性及完整性；车体质心位置低，令移动小车能更好的传递桥梁响应。

进一步，所述信号拾取装置为振动传感器，振动传感器包括加速度传感器、为速度传感器、位移传感器。

进一步，所述信号收集装置包括高精度数据采集卡和信号处理终端。

本发明的一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测车装置至少具有以下优点及特点：

1、本发明的一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测车装置包括一移动小车，该移动小车可在待测桥梁表面移动，移动小车上设有信号拾取装置，从而在移动小车移动的同时，可实时对待测桥梁的信号进行采集，以满足基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的需求。

2、本发明中移动小车的连接臂杆顶端与驱动装置连接处，采用柔性垫块结构，例如橡胶垫片、泡沫柱，减震垫片等，可以有效隔断牵引车振动信号向检测车传递。并且连接臂杆通过设计将连接臂杆与车体长度比值设计为1:1，减少了驱动装置驱动检测车时对检测车俯仰效应的影响，进一步保证了检测结果的准确性。

3、本发明能够做到全面、实时、有效地采集桥梁响应信号，信号采集精度高，能够避免周围环境噪声干扰，信号采集数据结果能够反映真实的桥梁响应信号。

4、本发明能够在不中断桥梁正常交通的情况下进行信号采集，且信号采集准确，具有非常大的社会效益和经济效益。

5、本发明中信号拾取装置设置于移动小车上，移动小车经过特殊设计，具有很好的刚性特性，并且移动小车仅存在左右两个车轮，可以近似表现为单自由度体系，能够将待测桥梁响应信号真实有效地传递至信号拾取装置。并且移动小车车体本身具有自平衡特性，在信号采集过程中不会产生振动干扰，进一步保证了检测结果的准确性。

6、本发明结构简单，成本低，运输方便，灵活便捷且能够适应多种检测环境。

本发明人还研制开发一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断技术方案，能够简便高效、高精度的完成桥梁检测，利用设计的移动小车通过待测桥梁，同时采集桥梁的响应信号，来检测桥梁损伤。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为本发明的一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测车装置实施例结构正面示意图；

图2为本发明的一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测车装置实施例结构侧面示意图；

图3为本发明的一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测车装置整体结构示意图；

图4为本发明的一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测车装置移动小车结构示意图。

具体实施方式

一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测车装置，包括：移动小车，在待测桥梁上移动；信号拾取装置，设置于所述移动小车上，用于拾取待测桥梁传递到所述移动小车上的竖向振动信号；信号收集装置，连接于所述信号拾取装置，收集所述信号拾取装置拾取到的竖向振动信号。所述移动小车连接有一驱动装置，所述驱动装置驱动移动小车在待测桥梁上移动。所述驱动装置为牵引车。所述移动小车包括车体和连接臂杆，车体包括车架、车轮和配重块；车轮为气胎；连接臂杆，设置于车体前端且与驱动装置连接；配重块和和车架可拆卸连接。所述车轮包括左右两个车轮，车轮关于纵向车身轴线对称设置。所述连接臂杆与驱动装置连接处的顶端为柔性垫块结构；所述连接臂杆长度做长。所述信号拾取装置为振动传感器，振动传感器包括加速度传感器、为速度传感器、位移传感器。所述信号收集装置包括高精度数据采集卡和信号处理终端。

使用时，为实现基于车桥耦合系统对桥梁结构进行损伤诊断工作，需要设计一种基于车桥耦合的桥梁结构损伤诊断方法的检测设备，其中即包括本发明的检测车装置，以及其余的信号处理终端等。本发明的基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测车装置主要用于匀速通过待测桥梁并对待测桥梁进行扫描式信号采集，以全面、实时、有效地采集获得桥梁的响应信号，从而能够满足整个损伤诊断工作的需求，本发明检测车装置最终采集获得的桥梁响应信号将输送至信号处理终端加以处理分析，得到具有明确物理意义的桥梁结构节点弯曲刚度，进而求取桥梁结构在任意荷载下的挠度，从而达到对桥梁结构进行损伤诊断的目的。由上述可知，本发明信号采集装置是整个基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的关键一环，对能否准确地检测出桥梁损伤信息有重大影响。

如图4所示，本发明的信号采集装置主要包括：移动小车，能够在待测桥梁上移动；信号拾取装置，可为一个或者多个，设置于所述移动小车上，用于拾取待测桥梁传递到所述移动小车上的竖向振动信号；信号收集装置，连接于所述信号拾取装置，收集所述信号拾取装置拾取到的竖向振动信号并将其传送至信号处理终端进行处理。

移动小车上设置有信号拾取装置，移动小车在待测桥梁上移动的同时，信号拾取装置可对待测桥梁进行扫描式的信号进行采集，并储存到信号收集装置中。移动小车可连接一驱动装置，并由该驱动装置驱动而在待测桥梁上以任意可控速度进行移动，本实施例中，驱动装置为一牵引车辆，牵引移动小车运动。在其他实施例中，移动小车也可自身具有动力，从而在桥梁上移动。

如图4所示，移动小车除了具有承载的作用力，如上所述，还起到传递桥梁响应信号的作用，所以，移动小车本身应经过特殊设计以降低或完全消除对响应信号的缓冲作用和干扰，使响应信号能够完整有效地传递并由信号拾取装置所拾取。例如在本实施例中，移动小车包括车体、车轮以及连接臂杆等。其中车体为刚性车体，车体材料可优选为钢材，车体的各个零部件之间采用固接方式连接，并且各部件紧密贴合，以降低或消除车身各零部件之间产生碰撞而干扰响应信号的传递。另外车体可装卸配重质量块，通过装卸配重质量块的多少可有效控制检测车质量大小并达到车体自平衡的作用。

车轮设置于车体两侧，优选采用气胎，以同时具有良好的抗冲击性能及相应信号传递性能，通过控制气胎的胎压，可以有效控制检测车装置竖向刚度的大小，配合车体配重质量块控制检测车装置质量大小，可以有效控制检测车装置本身的固有频率。本实施例中，移动小车的车轮包括左右两个车轮，两车轮基于车轴对称且通过车体质心，结合检测车装置自平衡系统，使得移动小车的移动更加稳定，不易发生跳动或者颠簸，同时检测车装置可以近似视为单自由度体系，使得信号检测更加准确。当然，移动小车车轮的数量及布设方式可根据实际测量环境灵活设计，本领域设计人员可根据上述公开内容变通设计出其他的方案，但均应属于本发明的保护范围。

连接臂杆设置于车架前端位置，与车体通轴位于同一条直线上，优选采用钢材，使得移动小车在被驱动装置牵引前进时更加稳定，不易发生俯仰跳动或者颠簸。所述连接臂杆顶端与驱动装置连接处，采用各种有阻尼作用材料垫块，隔断牵引车竖向振动信号向检测车传递。并且，通过所述连接臂杆长度做长可有效解决驱动装置驱动检测时对检测车造成的俯仰影响，但长度过长对连接臂杆的刚度要求将大大增加，现设计连接臂杆与车身长度比值1:1。本实施案例中，移动小车的连接臂杆顶端采用橡胶垫块，有效隔断了牵引车辆竖向振动信号向检测车的传递，使得检测车采集到的信号更加准确。当然，移动小车连接臂杆顶端垫块的材料选择以及连接臂杆长度的控制均可根据实际测量环境灵活设计，本领域设计人员可根据上述公开内容变通设计出其他的方案，但均应属于本发明的保护范围。

信号拾取装置设置于移动小车上，其可直接设置于移动小车的车体上，也可设置于移动小车的其他位置。信号拾取装置设置数量可为一个或者多个，且设置位置可根据实际检测需要而灵活调整，以便能够检测到最灵敏、最准确的响应信号。信号拾取装置可为振动传感器，例如常见的加速度传感器、速度传感器、位移传感器等均可。本实施例中，信号拾取装置优选为加速度传感器，可设置于移动小车上的任何位置，而为了使信号采集的灵敏度更高、精确度最高，优选的，该加速度传感器设置于移动小车车轴中点上方位置，此位置能够采集到最佳的桥梁响应信号，并能更好的将检测车装置视为单自由度体系。

当然，信号拾取装置所采用的种类、所设置的数量及位置等，都可以根据实际环境和需要进行灵活调整，本领域技术人员可根据上述公开的实施例内容变通出多种实施例，但其均应属于本发明的保护范围。

信号收集装置连接于信号拾取装置，若信号拾取装置设置有多个，则每个信号拾取装置均与信号收集装置相连，信号收集装置收集所有信号拾取装置拾取到的响应信号并将其传送至另一信号处理终端进行处理，所述的信号处理终端即为本发明人所设计的能够处理信号拾取装置拾取的检测信号得出桥梁损伤信息的计算机程序。为了获得高质量的测量数据，所述的信号收集装置可为高精度的数据采集卡，数据采集卡可整合至上述的牵引车辆内部或其他位置均可，关于高精度数据采集卡，已为市面上的常规零件，故不再详细说明。

以上即为本发明信号采集装置的结构组成，由上述可知，驱动装置牵引移动小车在待测桥梁上移动，为了后期能够方便准确地确定桥梁损伤位置及损伤程度等，驱动装置和移动小车应尽量为匀速运动。与此同时，设置于移动小车上的信号拾取装置在对桥梁的响应信号进行扫描式的检测和采集，响应信号由移动小车传递，接着由信号拾取装置拾取，再由信号收集装置进行收集，传送至信号处理终端进行分析处理，以获得桥梁损伤信息。

综上所述，本发明的一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测车装置能够全面、实时、有效且精确的采集桥梁的振动信号，从而满足基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的需求。

桥梁损伤诊断基于车桥耦合系统的方法，其利用两辆上述检测车分别从桥梁不同位置出发通过桥梁，并采集检测车的加速度信号；信号数据处理子系统，对检测车采集的实测信号进行处理，最终得到桥梁各节点的反演刚度结果；损伤判断子系统，通过数据处理后得到的桥梁各节点反演刚度结果，判断桥梁各节点是否存在损伤，进而求取桥梁结构在任意荷载下的挠度，从而达到损伤诊断的目的。两车分别从桥梁不同位置出发向1#桥台方向通过桥

梁，信号采集子系统同步采集小车各次通过桥梁过程中的加速度响应；两车再分别从桥梁不同位置出发向0#桥台方向通过桥梁，信号采集子系统同步采集小车各次通过桥梁过程中的加速度响应。信号进行数据处理计算和判定损伤及损伤程度。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (8)

1.一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测车装置，其特征在于，包括：

移动小车，在待测桥梁上移动；

信号拾取装置，设置于所述移动小车上，用于拾取待测桥梁传递到所述移动小车上的振动信号；

信号收集装置，连接于所述信号拾取装置，收集所述信号拾取装置拾取到的振动信号。

2.根据权利要求1所述的一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测车装置，其特征在于，所述移动小车连接有一驱动装置，所述驱动装置驱动移动小车在待测桥梁上移动。

3.根据权利要求2所述的一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测车装置，其特征在于，所述驱动装置为牵引车。

4.根据权利要求1和2所述的一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测车装置，其特征在于，所述移动小车包括车体和连接臂杆，车体包括车架、车轮和配重块；车轮为气胎；连接臂杆，设置于车体前端且与驱动装置连接；配重块和和车架可拆卸连接。

5.根据权利要求4所述的一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测车装置，其特征在于，所述车轮包括左右两个车轮，车轮关于纵向车身轴线对称设置。

6.根据权利要求4所述的一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测车装置，其特征在于，所述连接臂杆与驱动装置连接处的顶端为柔性垫块结构,连接臂杆与车体长度比值1:1。

7.根据权利要求1至6所述的一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测车装置，其特征在于，所述信号拾取装置为振动传感器，振动传感器包括加速度传感器、为速度传感器、位移传感器。

8.根据权利要求1所述的一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测车装置，其特征在于，所述信号收集装置包括高精度数据采集卡和信号处理终端。