CN110006558A - 桥梁拉索索力的实时计算、监测方法及监测报警系统 - Google Patents

桥梁拉索索力的实时计算、监测方法及监测报警系统 Download PDF

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刘宁国
杨凌飞
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Abstract

本发明公开一种桥梁拉索索力的实时计算、监测方法及监测报警系统。监测方法包括首先通过监测报警系统的采集设备实时采集拉索的振动信号，然后监测报警系统的监控设备根据振动信号计算实时的拉索索力，最后判定拉索索力是否超出预设的警戒阈值，若超出，则监控设备发出报警信号。拉索索力的计算方法包括首先监控设备获取拉索的振动信号，其次采用希尔伯特‑黄变换方法对振动信号进行时频域变换，得到振动频率时程数据，最后根据振动频率时程数据计算实时的拉索索力。

Description

桥梁拉索索力的实时计算、监测方法及监测报警系统
技术领域
本发明涉及通过测量受应力的振动元件的频率变化测量力的技术领域，特别是涉及一种桥梁拉索索力的实时计算、监测方法及监测报警系统。
背景技术
在缆索支撑桥梁(斜拉桥、悬索桥、中下承式拱桥)的拉(吊)索换索施工过程中，新索的张拉和旧索的拆除都会引起相邻拉索索力的急剧变化，这种变化对拉索、桥梁的安全性都是不利的，轻则导致拉索断裂、主梁损伤，重则导致桥梁损毁，因此需要在拉索索力过大或变化剧烈时及时发出警报。
同时桥梁在运营过程中，车辆荷载的作用会导致拉索的索力出现变化，虽然通常这种变化是短暂的，也是在可控的范围内，但是通过识别拉索索力的变化可以反映出桥面上车辆的荷载信息，因此有必要建立一种拉索索力实时监测方法对桥面车辆荷载进行监控，并在异常状况导致索力过大时发出警报。
基于环境振动的拉索索力识别是目前最常采用的索力监测方法，其原理是利用拾振器测量拉索在环境振动激励下的振动信号，经过滤波、放大和频谱分析，再根据频谱图来确定拉索的自振频率，最后根据自振频率和索力之间的关系计算索力。
由于这种方法通常采用傅里叶分析来获得振动信号的频谱图，获得的自振频率是振动信号测量时间范围内的平均值。因此，采用这种分析方法计算出的拉索索力也是一段时间内的平均值，即现有的计算方法仅能在拉索索力不发生变化的情况下进行识别。如果发生拉索拆除和张拉施工过程中拉索索力急剧变化的情况，现有的分析方法则无法反应出这种拉索索力急剧变化的过程，一旦拉索的索力超出其破断力，就会出现严重的结构安全事故。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种桥梁拉索索力的实时计算、监测方法及监测报警系统。实时采集在桥梁拉索的振动信号，获得拉索振动频率随时间的变化关系，再根据拉索索力与频率之间的关系，得出实时的拉索索力，以便监测拉索索力的变化过程。
技术方案如下：
一种桥梁拉索索力的实时计算方法，包括：
步骤1、获取拉索的振动信号F；
步骤2、对振动信号F进行时频域变换，得到振动频率时程数据；
步骤3、根据振动频率时程数据，采用时程分析方法计算出实时的拉索索力T(t)。
更进一步的，所述步骤2中采用希尔伯特-黄变换方法对振动信号F进行时频域变换。
更进一步的，所述步骤3中采用以下计算式计算实时的拉索索力T(t)：
其中，fn为n阶自振频率，m为拉索的线密度，l为拉索的长度，EI为拉索的抗弯刚度。
一种桥梁拉索索力的实时监测方法，包括：
步骤S1、实时采集拉索的振动信号F；
步骤S2、根据振动信号F计算实时的拉索索力T(t)；
步骤S3、判定拉索索力T(t)是否超出预设的警戒阈值；
若没有超出，则返回步骤S1；
若超出，则发出报警信号。
更进一步的，步骤S1中通过设置在拉索上的振动传感器采集所述振动信号F。
更进一步的，步骤S3中的警戒阈值包括拉索索力阈值。
更进一步的，所述警戒阈值包括拉索索力T(t)的变化率阈值。
一种桥梁拉索索力的实时监测报警系统，设置有：
采集设备，用于实时采集拉索的振动信号；
监控设备，用于获取采集设备采集的振动信号，并根据振动信号对拉索实时的拉索索力T(t)进行监测。
更进一步的，所述监控设备设置有：
获取单元，用于获取采集设备发送的振动信号；
信号处理电路，用于对获取单元获取的振动信号进行滤波和放大处理，得出处理信号；
分析报警单元，用于对处理信号进行时频域变换，得出振动频率时程数据，并根据振动频率时程数据计算出实时的拉索索力T(t)，所述分析报警单元判定拉索索力是否超过预设的警戒阈值，若超过，报警单元生成报警信号进行报警。
更进一步的，所述采集设备设置有拾振器，该拾振器通过无线通信模块将振动信号发送给所述获取单元。
有益效果：对于桥梁张拉施工过程中的拉索、拉索拆除时的相邻拉索、车辆荷载作用下的拉索，通过拉索的振动信号能实时计算出拉索索力，实现对拉索索力的实时监测，以便监测施工过程中的拉索索力变化及车辆荷载作用下的拉索索力变化；方便施工者掌握在施工过程中和运营过程中拉索索力的变化，以便施工者及时调整张拉设备的拉力、管理者对拉索进行检修，降低张拉拉索时的事故风险；并且能在拉索索力发生剧烈变化或者拉索索力过大时，及时发出报警信息，确保桥梁结构安全。
附图说明
图1为本发明的拉索索力的计算流程图；
图2为本发明的拉索索力的监测流程图；
图3为本发明的拉索索力的监测系统结构框图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
如图1所示的桥梁拉索索力的实时计算方法的流程图，该计算方法包括：
步骤1、获取拉索的振动信号F；
步骤2、对振动信号F进行时频域变换，得到振动频率时程数据；
步骤3、根据振动频率时程数据计算实时的拉索索力T(t)。
具体而言，在拉索上安装采集拉索振动的采集设备，采集设备实时将采集的振动信号F发送给监控设备。监控设备获取到振动信号F，并在对振动信号F进行滤波、放大处理后，对振动信号F进行时频变换，得到振动频率时程数据，即拉索振动的瞬时自振频率，从而确定拉索的振动频率随时间的变化关系。最后根据振动频率时程数据，采用振动频率与拉索索力T(t)的计算式，既能计算出实时的拉索索力T(t)，从而确定拉索索力T(t)与时间的变化关系。
在本实施例中，所述步骤2中采用希尔伯特-黄变换方法对振动信号F进行时频域变换，其具体的步骤包括
1)对振动信号F采用经验模态分解(EMD)方法把信号分解成一系列的本征模态函数(IMF)；
2)对这些IMF分量进行希尔伯特变换，得到时频平面上能量分布的希尔伯特谱图。
在本实施例中，所述步骤3中采用以下计算式计算实时的拉索索力T(t)：
其中，fn(t)为n阶实时自振频率，m为拉索的线密度，l为拉索的长度，EI为拉索的抗弯刚度。
如图2所示的桥梁拉索索力的实时监测方法的流程图，该监测方法包括：
步骤S1、实时采集拉索的振动信号F；
步骤S2、计算实时的拉索索力T(t)；
步骤S3、判定拉索索力T(t)是否超出预设的警戒阈值；
若没有超出，则返回步骤S1；
若超出，则发出报警信号。
具体而言，所述监测方法通过设置在拉索上的采集设备采集拉索的振动信号F，并采用上述的拉索索力的实时计算方法，计算出实时的拉索索力T(t)，当拉索索力T(t)超过预设的警戒阈值时，就发出报警信号，提示施工者。
在本实施例中，步骤S1中通过设置在拉索上的振动传感器采集所述振动信号F，该振动传感器采用现有的拉索索力监测所使用的振动传感器。
在本实施例中，步骤S3中的警戒阈值包括拉索索力阈值，当拉索索力T(t)超过拉索索力阈值，就生成报警信号。
在本实施例中，由于拉索索力T(t)的剧烈变化也容易导致拉索断裂，所述警戒阈值还包括拉索索力T(t)的变化率阈值，即拉索索力变化率△T≤0.4Pb-T0，△T＝T(t)-T(t-1)。若拉索索力变化率△T超出变化率阈值，则生成报警信号进行报警。
其中，Pb为拉索的极限破断力，T0为拉索的初始索力，该拉索的极限破断力Pb，以及拉索的初始索力T0，均是在施工前通过现有的测量技术直接测得的拉索物理参数。
如图3所示的桥梁拉索索力的实时监测报警系统的结构框图，该监测系统设置有：
采集设备，用于实时采集拉索的振动信号F；在本实施例中，所述采集设备设置有拾振器，该拾振器通过无线通信模块将振动信号F发送给监控设备。
监控设备，用于获取采集设备采集的振动信号F，并根据振动信号F对拉索实时的拉索索力T(t)进行监测。
具体而言，将采集设备安装到所需要监测的拉索上，采集设备将采集到的振动信号F实时发送给监控设备，监控设备对获取的振动信号F进行信号处理，并根据处理后的信号计算实时的拉索索力T(t)，实现对拉索索力T(t)的实时监测。
在本实施例中，所述监控设备设置有：
获取单元，用于获取采集设备发送的振动信号F。
信号处理电路，用于对获取单元获取的振动信号进行滤波和放大处理，得出处理信号；
分析报警单元，用于对处理信号进行时频域变换，得出振动频率时程数据，并根据振动频率时程数据计算出实时的拉索索力T(t)。所述分析报警单元判定拉索索力T(t)是否超过预设的警戒阈值，若超过，则生成报警信号进行报警。
具体而言，获取单元为无线通信模块，该获取单元通过无线通信模块获取采集设备发送的振动信号F，振动信号F在通过现有的滤波电路进行滤波后，再经过现有的放大电路进行放大后，传送给分析报警单元。
分析报警单元采用希尔伯特-黄变换方法对处理信号进行变换，计算出拉索振动的瞬时自振频率，并根据瞬时自振频率与拉索索力的计算表达式，计算出拉索索力T(t)，最后根据拉索索力T(t)和预设的警戒阈值判定是否进行报警。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种桥梁拉索索力的实时计算方法，其特征在于，包括：
步骤1、获取桥梁拉索的振动信号F；
步骤2、对振动信号F进行时频域变换，得到振动频率时程数据；
步骤3、根据振动频率时程数据计算实时的拉索索力T(t)。
2.根据权利要求1所述的桥梁拉索索力的实时计算方法，其特征在于，所述步骤2中采用希尔伯特-黄变换方法对振动信号F进行时频域变换。
3.根据权利要求1-2任一所述的桥梁拉索索力的实时计算方法，其特征在于，所述步骤3中采用以下计算式计算实时的拉索索力T(t)：
其中，fn(t)为n阶实时自振频率，m为拉索的线密度，l为拉索的长度，EI为拉索的抗弯刚度。
4.一种桥梁拉索索力的实时监测方法，其特征在于，包括：
步骤S1、实时采集拉索的振动信号F；
步骤S2、采用如权利要求4所述的实时计算方法计算实时的拉索索力T(t)；
步骤S3、实时判定拉索索力是否超出预设的警戒阈值；
若超出，则发出报警信号。
5.根据权利要求4所述的桥梁拉索索力的实时计算方法，其特征在于，步骤S1中通过设置在拉索上的振动传感器采集所述振动信号F。
6.根据权利要求4所述的桥梁拉索索力的实时监测方法，其特征在于，步骤S3中的警戒阈值包括拉索索力阈值。
7.根据权利要求4-6任一所述的桥梁拉索索力的实时监测方法，其特征在于，所述警戒阈值包括拉索索力的变化率阈值。
8.一种桥梁拉索索力的实时监测报警系统，其特征在于，设置有：
采集设备，用于实时采集拉索的振动信号；
监控设备，用于获取采集设备采集的振动信号，并采用如权利要求7所述的实时监测方法，对拉索实时的拉索索力T(t)进行监测。
9.根据权利要求8所述的桥梁拉索索力的实时监测报警系统，其特征在于，所述监控设备设置有：
获取单元，用于获取采集设备发送的振动信号；
信号处理电路，用于对获取单元获取的振动信号进行滤波和放大处理，得出处理信号；
分析报警单元，用于对处理信号进行时频域变换，得出振动频率时程数据，并根据振动频率时程数据计算出实时的拉索索力T(t)，所述分析报警单元判定拉索索力T(t)是否超过预设的警戒阈值，若超过，报警单元生成报警信号进行报警。
10.根据权利要求9所述的桥梁拉索索力的实时监测报警系统，其特征在于，所述采集设备设置有拾振器，该拾振器通过无线通信模块将振动信号发送给所述获取单元。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111157175A (zh) * 2020-03-01 2020-05-15 河南交院工程技术有限公司 杆索张力检测用振动传感器现场校准方法
CN111912557A (zh) * 2020-08-31 2020-11-10 五邑大学 一种斜拉桥索力实时监测装置
CN112201017A (zh) * 2020-10-19 2021-01-08 成都泰测科技有限公司 一种桥梁悬索安全监测方法、装置、设备及介质
CN114398712A (zh) * 2022-03-25 2022-04-26 西南交通大学 斜拉索实时索力的计算方法、装置、设备及可读存储介质
WO2022179247A1 (zh) * 2021-02-23 2022-09-01 中冶建筑研究总院有限公司 基于全索系索力测试和误差自适应分析的损伤判定方法
CN117421554A (zh) * 2023-10-23 2024-01-19 江苏科技大学 基于长期振动监测数据的大跨悬索桥结构损伤识别方法
CN118548186A (zh) * 2024-07-29 2024-08-27 陕西中科启航科技有限公司 一种基于预应力拉索的风电机组混塔健康监测方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3348174B2 (ja) * 2000-03-07 2002-11-20 株式会社共和電業 光ファイバ干渉センサ、光ファイバ干渉センサの信号処理システム、信号処理方法および記録媒体
US6507798B1 (en) * 2000-10-12 2003-01-14 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Time-frequency dependent damping via Hilbert damping spectrum
CN104897180A (zh) * 2015-05-26 2015-09-09 广州大学 用于桥梁监测信号的预处理方法
CN105241660A (zh) * 2015-11-09 2016-01-13 西南交通大学 基于健康监测数据的高铁大型桥梁性能评定方法
CN106482917A (zh) * 2016-10-11 2017-03-08 广州大学 一种斜拉桥主梁动态挠度的检测方法
CN109141783A (zh) * 2017-06-27 2019-01-04 航天恒星科技有限公司 基于全球卫星导航系统监测桥梁频率的方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3348174B2 (ja) * 2000-03-07 2002-11-20 株式会社共和電業 光ファイバ干渉センサ、光ファイバ干渉センサの信号処理システム、信号処理方法および記録媒体
US6507798B1 (en) * 2000-10-12 2003-01-14 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Time-frequency dependent damping via Hilbert damping spectrum
CN104897180A (zh) * 2015-05-26 2015-09-09 广州大学 用于桥梁监测信号的预处理方法
CN105241660A (zh) * 2015-11-09 2016-01-13 西南交通大学 基于健康监测数据的高铁大型桥梁性能评定方法
CN106482917A (zh) * 2016-10-11 2017-03-08 广州大学 一种斜拉桥主梁动态挠度的检测方法
CN109141783A (zh) * 2017-06-27 2019-01-04 航天恒星科技有限公司 基于全球卫星导航系统监测桥梁频率的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
彭港: "彭港", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111157175A (zh) * 2020-03-01 2020-05-15 河南交院工程技术有限公司 杆索张力检测用振动传感器现场校准方法
CN111912557A (zh) * 2020-08-31 2020-11-10 五邑大学 一种斜拉桥索力实时监测装置
CN112201017A (zh) * 2020-10-19 2021-01-08 成都泰测科技有限公司 一种桥梁悬索安全监测方法、装置、设备及介质
WO2022179247A1 (zh) * 2021-02-23 2022-09-01 中冶建筑研究总院有限公司 基于全索系索力测试和误差自适应分析的损伤判定方法
US11703405B2 (en) 2021-02-23 2023-07-18 Central Research Institute Of Building And Construction Co., Ltd. Mcc Damage identification method based on cable force tests of cable system and test error self-adaptive analysis
CN114398712A (zh) * 2022-03-25 2022-04-26 西南交通大学 斜拉索实时索力的计算方法、装置、设备及可读存储介质
CN117421554A (zh) * 2023-10-23 2024-01-19 江苏科技大学 基于长期振动监测数据的大跨悬索桥结构损伤识别方法
CN118548186A (zh) * 2024-07-29 2024-08-27 陕西中科启航科技有限公司 一种基于预应力拉索的风电机组混塔健康监测方法

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