CN111678548A - 一种中小跨径装配式桥梁安全监测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中小跨径装配式桥梁安全监测方法及装置，属于桥梁监测技术领域，解决了现有技术中监测指标针对性不强、监测成本高的问题。该方法包括，选取待监测桥梁的第一监测点、第二监测点和第三监测点；分别测量获得第一监测点处的应变数据、第二监测点处的挠度数据和第三监测点处的加速度数据，并基于测得的应变数据获得所述待监测桥梁相邻两片梁的横向相关系数，基于测得的所述加速度数据获得所述待监测桥梁的自振频率；将获得的应变数据、挠度数据、横向相关系数或自振频率与对应的预设阈值进行比较，获得待监测桥梁安全监测结果。该方法针对中小跨径装配式桥梁提出了完整的监测体系，提高监测准确性和有效性的同时，降低了监测成本。

Description

一种中小跨径装配式桥梁安全监测方法及装置

技术领域

本发明涉及桥梁监测技术领域，尤其涉及一种中小跨径装配式桥梁安全监测方法及装置。

背景技术

中小跨径装配式桥梁(主要指装配式小箱梁、T梁和空心板结构)作为高速公路的重要组成部分，其结构相对简单，但数量众多，其结构安全问题，对高速公路的运营安全具有重要影响。

据统计，全国大约有1000多座中小跨径桥梁存在安全性和耐久性不足的缺陷，还有桥梁出现垮塌等安全事故。当前对于中小跨径桥梁结构的安全评估，主要依靠桥梁养护规范要求每年组织的定期巡查和检查，受技术因素影响，并未采取相应的安全监测技术。随着服役年限的不断增长，高速路网当中的中小跨径装配式桥梁的安全监测需求日益迫切。

目前国内外工程技术人员对中小跨径装配式桥梁的安全监测模式主要有两种，即单指标安全监测模式和多指标安全监测模式。单指标安全监测模式主要是单纯采用结构应变指标或者挠度指标设计中小跨径装配式桥梁安全监测系统，其主要考虑节约监测成本，此模式只能对桥梁的某一类性能进行分析；此外，多指标安全监测模式主要是照搬大桥安全监测系统模式，采用上百套监测设备进行结构安全监测。

现有技术主要存在以下缺陷，一是单指标监测模式监测指标不全面，监测结果可靠性弱，无法全面准确评估桥梁结构的安全状态,；二是多指标监测模式往往投资较大，监测指标的针对性不强、数据量大，许多指标的监测数据无法得到有效利用，装置造价高，此外中小跨径桥梁往往养护资金不足，多指标监测模式的装置使用寿命较短。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种中小跨径装配式桥梁安全监测方法及装置，用以解决现有监测方法的监测指标针对性不强、监测结果准确性和有效性弱、监测成本高的问题。

一方面，本发明提供了一种中小跨径装配式桥梁安全监测方法，包括：

选取待监测桥梁的第一监测点、第二监测点和第三监测点；

分别测量获得第一监测点处的应变数据、第二监测点处的挠度数据和第三监测点处的加速度数据，并基于测得的应变数据获得所述待监测桥梁相邻两片梁的横向相关系数，基于测得的所述加速度数据获得所述待监测桥梁的自振频率；

基于获得的所述应变数据、挠度数据、横向相关系数和自振频率，得到待监测桥梁的安全监测结果。

进一步的，通过下述方式选取待监测桥梁的所述第一监测点、第二监测点和第三监测点：

选取待监测桥梁每一监测孔跨的监测截面；

在所述监测截面每片梁底中部布设所述第一监测点；

在所述监测截面的外侧边梁布设所述第二监测点，同时，若所述待监测桥梁的梁片数n为偶数，则在第n/2片中梁梁底布设所述第二监测点，若所述待监测桥梁的梁片数n为奇数，则在第(n+1)/2片中梁梁底布设所述第二监测点；

在所述监测截面外侧边梁梁底布设所述第三监测点。

进一步的，还包括对监测得到的所述应变数据、挠度数据和加速度数据进行如下处理：

剔除监测得到的所述数据中的异常数据，并填补缺失数据以及消除噪声数据；

剔除温度对监测得到的所述数据的影响。

进一步的，通过下述方式剔除温度对监测的得到的所述数据的影响：

分别对以预设时间间隔采集的应变数据、挠度数据及加速度数据序列进行数据拟合得到相应的应变数据趋势项、挠度数据趋势项及加速度数据趋势项；

利用采集的所述应变数据、挠度数据及加速度数据分别减去对应的所述应变数据趋势项、挠度数据趋势项及加速度数据趋势项，获得剔除温度影响后的应变数据、加速度数据及挠度数据。

进一步的，根据两个相邻第一监测点处测得的应变数据获得对应的相邻两片梁的横向相关系数；

并将测得的预设时间段内的所述加速度数据通过频域变换获得所述待监测桥梁的自振频率。

进一步的，通过下述方式基于获得的所述应变数据、挠度数据、横向相关系数及自振频率，得到待监测桥梁的安全监测结果：

若其中应变评估值、挠度评估值、横向相关系数评估值和自振频率评估值均大于等于1，则判定所述待监测桥梁的安全状态正常，若其中任一评估值小于1，则判定所述待监测桥梁安全状态异常；

或者，

基于应变、挠度、横向相关系数及自振频率各指标对桥梁结构安全状态影响的权重值和对应的评估值，得到待监测桥梁的安全监测结果。

与现有技术相比，本方法至少可实现如下有益效果之一：

1、本发明针对中小跨径装配式桥梁，提出了测量应变、挠度、横向相关系数及自振频率四个指标对桥梁的安全状态进行监测，指标全面且针对性强，保证了桥梁监测结果的可靠性及有效性，且适用性强，规避了单指标模式指标不全、检测结果准确率低的问题，以及多指标模式针对性不强、数据量大，处理效率低且监测成本高的问题。

2、本发明选取不同的监测点以监测不同的数据，在选取的监测点数量较少的情况下，保证了监测准确性的同时，降低了监测成本。

另一方面，本发明提供了一种中小跨径装配式桥梁安全监测装置，包括：

采集装置，用于采集待监测桥梁预设监测点处的应变数据、挠度数据或加速度数据；

数据处理器，用于对采集到的数据进行数据异常判断及数据异常处理，剔除温度对处理后的所述应变数据、挠度数据及加速度数据的影响，并分别根据剔除温度后的应变数据及加速度数据获得待监测桥梁的横向相关系数及自振频率；

处理器，用于基于数据处理器获得的所述应变数据、挠度数据、横向相关系数和自振频率，得到待监测桥梁的安全监测结果。

进一步的，所述采集装置包括；

应变传感器、动挠度计和加速度传感器分别用于测量应变数据、挠度数据或加速度数据；

数据采集仪，用于接收并传输采集到的所述应变数据和加速度数据至所述数据处理器。

进一步的，所述数据处理器通过下述方式剔除温度对处理后的所述应变数据、挠度数据及加速度数据的影响：

分别对以预设时间间隔采集的应变数据、挠度数据及加速度数据序列进行数据拟合得到相应的应变数据趋势项、挠度数据趋势项及加速度数据趋势项；

用采集的所述应变数据、挠度数据及加速度数据分别减去对应的应变数据趋势项、挠度数据趋势项及加速度数据趋势项，获得剔除温度影响后的应变数据、挠度数据及加速度数据；

并且，所述数据处理器根据两个相邻第一监测点处测得的应变数据获得对应的相邻两片梁的横向相关系数；

并将测得的预设时间段内的所述加速度数据通过频域变换获得所述待监测桥梁的自振频率。

进一步的，所述处理器通过下述方式基于获得的所述应变数据、挠度数据、横向相关系数及自振频率，得到待监测桥梁的安全监测结果：

若其中应变评估值、挠度评估值、横向相关系数评估值和自振频率评估值均大于等于1，则判定所述待监测桥梁的安全状态正常，若其中任一评估值小于1，则判定所述待监测桥梁安全状态异常；

或者，

基于应变、挠度、横向相关系数及自振频率各指标对桥梁结构安全状态影响的权重值和对应的评估值，得到待监测桥梁的安全监测结果。

与现有技术相比，本装置至少可实现如下有益效果之一：

1、本发明针对中小跨径装配式桥梁，提出了测量应变、挠度、横向相关系数及自振频率四个指标对桥梁的安全状态进行监测，指标全面且针对性强，保证了桥梁监测结果的可靠性及有效性，且适用性强，规避了单指标模式指标不全、检测结果准确率低的问题，以及多指标模式针对性不强、数据量大，处理效率低且监测成本高的问题。

2、本发明选取不同的监测点以监测不同的数据，在选取的监测点数量较少的情况下，保证了监测准确性的同时，降低了监测成本。

3、本发明针对四个监测指标集成了一套对应的采集装置，形成了一套针对中小跨径装配式桥梁安全监测的完整的体系，监测指标针对性强、准确率高，监测装置长期性能稳定、维护成本低、集成度高、监测成本低且适用性强。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例中小跨径装配式桥梁安全监测方法的流程图；

图2为本发明实施例监测点布设的示意图；

图3为本发明实施例单独基于应变指标对待监测桥梁安全状态的监测结果图；

图4为本发明实施例单独基于挠度指标对待监测桥梁安全状态的监测结果图；

图5为本发明实施例单独基于自振频率指标对待监测桥梁安全状态的监测结果图；

图6为本发明实施例单独基于横向相关系数指标对待监测桥梁安全状态的监测结果图；

图7为本发明实施例中小跨径装配式桥梁安全监测装置的示意图；

图8为本发明实施例光类采集装置集成模式的示意图；

图9为本发明实施例电类采集装置集成模式的示意图；

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

目前，针对中小跨径装配式桥梁安全监测，一种是采用单指标模式，另一种是照搬大桥安全监测的多指标模式，还未形成一套完整准确的针对中小跨径装配式桥梁安全监测的监测指标体系。为了提高中小跨径装配式桥梁安全监测结果的准确性，并降低监测成本，本发明提出了一种中小跨径装配式桥梁安全监测方法及装置。

方法实施例

本发明的一个具体实施例，公开了一种中小跨径装配式桥梁安全监测方法。如图1所示，包括：

选取待监测桥梁的第一监测点、第二监测点和第三监测点；

分别测量获得第一监测点处的应变数据、第二监测点处的挠度数据和第三监测点处的加速度数据，并基于测得的应变数据获得所述待监测桥梁相邻两片梁的横向相关系数，基于测得的所述加速度数据获得所述待监测桥梁的自振频率；具体的，利用应变传感器、动挠度计以及加速度传感器分别测量获得应变数据、挠度数据及加速度数据。

其中，应变数据是表征桥梁结构抗弯强度的重要指标，也是反映桥梁结构局部响应的重要参量；挠度数据是表征桥梁结构刚度的重要指标，也是反映桥梁结构整体响应的重要参量；横向相关系数是表征各片梁间的横向联系刚度的强弱，是识别局部铰缝破坏或横向连接能力退化等病害的重要指标。横向相关系数是从一定时间区段(需通过递归计算确定) 相邻各梁关键截面动应变监测数据中分析提炼的，与瞬态交通荷载状态无关，而与交通流长期统计稳定状态有关；自振频率是表征桥梁结构刚度的重要指标，也是反映桥梁结构动力特性的重要参量。利用此四项指标对中小跨径装配式桥梁进行安全监测，针对性强且监测结果可靠性强。

基于获得的所述应变数据、挠度数据、横向相关系数和自振频率，得到待监测桥梁的安全监测结果。

为了保证监测结果的准确性和有效性，并选取较少的监测点以降低监测成本，主要从以下角度选取待监测桥梁的监测孔跨以及监测点：

首先，根据待监测桥梁结构危险性分析，结合待监测桥梁的外观病害情况，选取监测孔跨，选取的监测孔跨结构类型与病害(梁(板)底跨中横向裂缝、横向联系失效)较为典型，至少包括1个典型孔跨且优先选择受力最不利的跨孔；其次，选取的监测孔跨距离配电箱位置的距离要尽可能短，以利于供电；监测孔跨距离地面高度适中，以保证防盗要求，同时有利于施工；监测孔跨的选择有利于后期系统维护。

优选的，通过下述方式选取待监测桥梁的所述第一监测点、第二监测点和第三监测点，且监测点的布设如图2所示，其中1#梁表示第1片梁。

选取待监测桥梁每一监测孔跨的监测截面(通常选取受力最不利的跨中截面为监测截面)；

考虑到要获得待监测桥梁相邻两片梁间的横向相关系数，而应变数据是横向相关系数的数据源，因此在所述监测截面每片梁底中部布设所述第一监测点，共n个应变监测点，为获取应变数据和横向相关系数数据提供数据源，n为待监测桥梁的梁片数；

待监测桥梁的中部和外侧边缘的挠度在挠度指标对待监测桥梁安全状态的影响中占主要权重，因此在所述监测截面的外侧边梁布设所述第二监测点，同时，若所述待监测桥梁的梁片数n为偶数，则在第n/2片中梁梁底布设所述第二监测点，若所述待监测桥梁的梁片数n为奇数，则在第(n+1)/2片中梁梁底布设所述第二监测点，共两个挠度监测点，为获取挠度数据提供数据源。

加速度监测点可以布设在待监测桥梁的任一片梁底部，均可为待监测桥梁的自振频率提供可靠有效的数据源，但为了监测时方便安装加速度传感器，优选的，在所述监测截面外侧边梁梁底布设所述第三监测点，共1个加速度监测点，为获取自振频率提供数据源。

为了提高待监测桥梁监测结果的准确性，还包括对监测得到的所述应变数据、挠度数据和加速度数据进行如下处理：

剔除监测得到的所述数据中的异常数据，并填补缺失数据以及消除噪声数据；所述异常数据包括不可能数据、空值数据、重复数据、突变数据以及噪声污染数据；

剔除温度对监测得到的所述数据的影响。

优选的，通过下述方式剔除温度对监测的得到的所述数据的影响：

分别对以预设时间间隔采集的应变数据、挠度数据及加速度数据序列进行数据拟合得到相应的应变数据趋势项、挠度数据趋势项及加速度数据趋势项；

利用采集的所述应变数据、挠度数据及加速度数据分别减去对应的所述应变数据趋势项、挠度数据趋势项及加速度数据趋势项，获得剔除温度影响后的应变数据、加速度数据及挠度数据。

具体的，通过下述公式获得应变数据、挠度数据及加速度数据对应的趋势项：

步骤1、设{u_n}是以时间h为采样间隔的数据采集序列 (n＝1，2，…，N)，所述数据为应变数据、挠度数据或加速度数据，用K阶多项式U_n来拟合各数据对应的趋势项，令

其中，b_k为系数，U_n点的集合是u_n中多项式元素的估计，根据最小二乘原理，定义中间函数E(h)为估计值与真实值之间的误差：

误差E(h)按最小二乘法求极小值，将E(h)对bj取偏导数，并令其为零，则有：

整理后，可得出K+1个方程如下：

在上式中，只要求出系数b_k，就可以得出趋势项的估计多项式。

步骤2：用矩阵法求出系数矩阵，并得出趋势项多项式。趋势项多项式一般模型的递推求解过程如下：

令

则

K＝0时，得系数矩阵：

b₀＝N^-1∑u_n，

当K＝1时，得系数矩阵：

当K＝2时，得系数矩阵：

以此类推，当K＝s(0≤s＜N/2)时，得系数矩阵：

上式即为趋势项系数矩阵模型，将该模型代入公式一中，就可以得到对应的趋势项。

优选的，根据两个相邻第一监测点处测得的应变数据获得对应的相邻两片梁的横向相关系数，公式如下：

其中，ρ_ij为第i、j片梁间的横向相关系数，X_i、X_j为测得到的第i、 j片梁监测截面的动应变时间序列，i、j＝1，2，…，n，n为梁片数，Cov(X_i,X_j) 为X_i、X_j的协方差，D(X_i)、D(X_j)分别为X_i、X_j的方差；B_i、B_j分别为第i、j片梁的刚度参量、B_i ^T和B_j ^T分别为B_i、B_j的转置向量；Γ_P为交通流外荷载的结构响应的统计特征值；所述动应变时间序列即以预定时间间隔采集的应变数据组成的序列，动应变时间序列的时间一般不少于1 个月的数据，最少不得少于10天；

具体的，Γ_P可以通过下述公式获得：

其中，E(x)表示x的期望值，X_p为在待监测桥梁具有交通流外荷载时的第P片梁监测截面的动应变时间序列；

并将测得的预设时间段内的所述加速度数据通过频域变换获得所述待监测桥梁的自振频率。

具体的，将预设时间段内以预设时间间隔采集的加速度数据组成长度为N的有限长序列x(n)，n＝1,2,3,...N，将其进行离散傅里叶变换获得：

利用

和

将N点离散傅里叶变换转化为N/2点的离散傅里叶变换；

当N＝2^γ时，将x(n)按奇偶分成N/2点的序列，这样就将N点离散傅里叶变换分解为两个N/2点的离散傅里叶变换运算。N/2点的离散傅里叶变换运算还可再分解为N/4点的离散傅里叶变换运算，共可分解γ级，最后达到N/2个2点离散傅里叶变换运算；然后将变换后的频域信号经过频谱分析，确定待监测桥梁的自振频率。

优选的，通过下述方式基于获得的所述应变数据、挠度数据、横向相关系数及自振频率，得到待监测桥梁的安全监测结果：

方式一：若其中应变评估值、挠度评估值、横向相关系数评估值和自振频率评估值均大于等于1，则判定所述待监测桥梁的安全状态正常，若其中任一评估值小于1，则判定所述待监测桥梁安全状态异常；

或者，

方式二：基于应变、挠度、横向相关系数及自振频率各指标对桥梁结构安全状态影响的权重值和对应的评估值，得到待监测桥梁的安全监测结果。

具体的，基于方式1的实施例：令

Q＝{ε，y，ρ，f}，

其中，Q为待监测桥梁安全监测结果，ε,y,ρ,f分别为应变评估值、挠度评估值、横向相关系数评估值和自振频率评估值，若其中每一评估值均大于等于1，则判定所述待监测桥梁的安全状态正常，若其中任一评估值小于1，则判定所述待监测桥梁安全状态异常；

其中，

其中，ε_实测为实际测量的并剔除温度影响后的所述第一监测点处的应变，ε_理论为所述第一监测点处的理论应变，M为待检测桥梁上的车辆荷载，W为桥梁结构的抗弯截面系数；

其中，y_实测为实际测量的并剔除温度影响后的所述第二监测点处的挠度，y_理论为所述第二监测点处的理论挠度，M为待检测桥梁上的车辆荷载，B为桥梁结构的抗弯刚度；

其中，ρ_ij为待监测桥梁相邻两片梁之间的横向相关系数；

其中，f_实测为实际测量获得的自振频率，f_理论为理论计算得到的自振频率，C为常数，B为桥梁结构的抗弯刚度，m为桥梁结构的质量。

考虑到待监测桥梁服役期荷载变化和性能退化的因素，M、W和B 的值应根据待监测桥梁检测、监测、荷载试验等检查结果在设计值的基础上进行适应性修正，以确保理论值的准确性。

示例性的，图3、图4、图5、图6分别为单独基于应变指标、挠度指标、自振频率指标、横向相关系数指标对桥梁安全状态的监测结果，其中，图6中各曲线代表相邻两片梁间的横向相关系数随着时间的变化趋势，可以看出，相邻两片梁间的横向相关系数随着时间变化趋于1，表明待监测桥梁的横向相关系数指标正常。

为了更直观地了解待监测桥梁的安全状态等级，也可以采用权重综合评估方法，即基于方式二的实施例，具体包括：

步骤1、通过层次分析法获得应变、挠度、横向相关系数及自振频率各指标对桥梁结构安全状态影响的权重值；

步骤2、通过下述公式获得待监测桥梁的综合评估结果：

Q'＝W_ε×a_ε+W_y×a_y+W_ρ×a_ρ+W_f×a_f，

其中，W_ε、W_y、W_ρ和W_f分别为应变指标、挠度指标、横向相关系数指标和自振频率指标对桥梁结构安全状态影响的权重值，a_ε、a_y、a_ρ、a_f分别为基于各指标评估值ε,y,ρ,f获得的应变评定值、挠度评定值、横向相关系数评定值和自振频率评定值，具体如表1所示：

表1

指标评估值	评定标度值
		>1.20	1
(1.00，1.20]	2
		(0.80，1.00]	3
(0.60，0.80]	4
		≤0.6	5

其中，Q'为待监测桥梁的综合评定值，基于评定值对照表2可获得待监测桥梁的安全状态等级。

表2

安全状态等级	综合评定值
		良好	1
较好	2
		较差	3
差	4
		危险	5

与现有技术相比，本发明提出的中小跨径装配式桥梁安全监测方法，一方面，针对中小跨径装配式桥梁，提出了测量应变、挠度、横向相关系数及自振频率四个指标对桥梁的安全状态进行监测，指标全面且针对性强，保证了桥梁监测结果的准确性及有效性，且适用性强，规避了单指标模式指标不全、检测结果准确率低的问题，以及多指标模式针对性不强、数据量大，处理效率低且监测成本高的问题；另一方面，本发明选取不同的监测点以监测不同的数据，在选取的监测点数量较少的情况下，保证了监测准确性的同时，降低了监测成本。

装置实施例

另一方面，本发明提供了一种中小跨径装配式桥梁安全监测装置，如图7所示，包括：

采集装置，用于采集待监测桥梁预设监测点处的应变数据、挠度数据或加速度数据；

数据处理器，用于对采集到的数据进行数据异常判断及数据异常处理，剔除温度对处理后的所述应变数据、挠度数据及加速度数据的影响，并分别根据剔除温度后的应变数据及加速度数据获得待监测桥梁的横向相关系数及自振频率；

处理器，用于基于数据处理器获得的所述应变数据、挠度数据、横向相关系数和自振频率，得到待监测桥梁的安全监测结果。

优选的，所述采集装置包括；

应变传感器、动挠度计和加速度传感器分别用于测量应变数据、挠度数据或加速度数据；

数据采集仪，用于接收并传输采集到的所述应变数据和加速度数据至所述数据处理器。

具体的，当待监测桥梁所处的环境既适合无线传输方式，也适合光纤传输方式时，优先选择无线传输方式，便于操作并降低监测成本；当待监测桥梁所处的环境不适合无线传输方式时，则选择光纤传输方式。

当待检测桥梁长期处于潮湿、易腐蚀和高电磁干扰环境时，优选的，采用基于解调仪的光类采集装置集成模式，示例性的，如图8所示，采用光纤应变传感器、光纤加速度传感器及动挠度计分别测量应变数据、加速度数据和挠度数据，利用多功能数据采集仪传输测量得到的应变数据和加速度数据，并同测量得到的挠度数据经无线网关传输至数据处理中心(即数据处理器和处理器)进行处理；

当待监测桥梁所处的环境较好时，优选的，采用基于NIcRIO的电类采集装置集成模式，示例性的，如图9所示，采用电阻应变传感器、加速度传感器和动挠度计分别测量应变数据、加速度数据和挠度数据，分别利用应变采集模块和振动采集模块传输测量的应变数据和加速度数据，并利用NI数据采集仪采集传输的应变数据和加速度数据，并同测量的挠度数据依次经工业交换机、光纤收发器及宽带网关传输至数据处理中心(即数据处理器和处理器)进行处理。

具体的，利用采集装置进行采集时，按照下述方式布设监测点：

首先，根据待监测桥梁结构危险性分析，结合待监测桥梁的外观病害情况，选取监测孔跨，选取的监测孔跨结构类型与病害(梁(板)底跨中横向裂缝、横向联系失效)较为典型，至少包括1个典型孔跨且优先选择受力最不利的跨孔；其次，选取的监测孔跨距离配电箱位置的距离要尽可能短，以利于供电；监测孔跨距离地面高度适中，以保证防盗要求，同时有利于施工；监测孔跨的选择有利于后期系统维护。

优选的，通过下述方式选取待监测桥梁的所述第一监测点、第二监测点和第三监测点，且监测点的布设如图2所示，其中1#梁表示第1片梁。

选取待监测桥梁每一监测孔跨的监测截面(通常选取受力最不利的跨中截面为监测截面)；

在所述监测截面每片梁底中部布设所述第一监测点，共n个应变监测点，为获取应变数据和横向相关系数数据提供数据源，n为待监测桥梁的梁片数；

在所述监测截面的外侧边梁布设所述第二监测点，同时，若所述待监测桥梁的梁片数n为偶数，则在第n/2片中梁梁底布设所述第二监测点，若所述待监测桥梁的梁片数n为奇数，则在第(n+1)/2片中梁梁底布设所述第二监测点，共两个挠度监测点，为获取挠度数据提供数据源。

在所述监测截面外侧边梁梁底布设所述第三监测点，共1个加速度监测点，为获取自振频率提供数据源。

优选的，所述数据处理器通过下述方式剔除温度对处理后的所述应变数据、挠度数据及加速度数据的影响：

分别对以预设时间间隔采集的应变数据、挠度数据及加速度数据序列进行数据拟合得到相应的应变数据趋势项、挠度数据趋势项及加速度数据趋势项；

用采集的所述应变数据、挠度数据及加速度数据分别减去对应的应变数据趋势项、挠度数据趋势项及加速度数据趋势项，获得剔除温度影响后的应变数据、挠度数据及加速度数据；

并且，所述数据处理器根据两个相邻第一监测点处测得的应变数据获得对应的相邻两片梁的横向相关系数：

其中，ρ_ij为第i、j片梁间的横向相关系数，X_i、X_j为测得到的第i、 j片梁监测截面的动应变时间序列，i、j＝1，2，…，n，n为梁片数，Cov(X_i,X_j) 为X_i、X_j的协方差，D(X_i)、D(X_j)分别为X_i、X_j的方差；B_i、B_j分别为第i、j片梁的刚度参量、B_i ^T和B_j ^T分别为B_i、B_j的转置向量；Γ_P为交通流外荷载的结构响应的统计特征值；其中，所述动应变时间序列为以预设时间间隔采集的应变数据组成的序列；

并将测得的预设时间段内的所述加速度数据通过频域变换获得所述待监测桥梁的自振频率。

具体的，所述处理器通过下述方式基于获得的所述应变数据、挠度数据、横向相关系数及自振频率，得到待监测桥梁的安全监测结果：

方式一：若其中应变评估值、挠度评估值、横向相关系数评估值和自振频率评估值均大于等于1，则判定所述待监测桥梁的安全状态正常，若其中任一评估值小于1，则判定所述待监测桥梁安全状态异常；具体实施请参照上文。

或者，

方式二：基于应变、挠度、横向相关系数及自振频率各指标对桥梁结构安全状态影响的权重值和对应的评估值，得到待监测桥梁的安全监测结果；具体实施请参照上文。

与现有技术相比，本发明提出的中小跨径装配式桥梁安全监测装置，首先，针对中小跨径装配式桥梁，提出了测量应变、挠度、横向相关系数及自振频率四个指标对桥梁的安全状态进行监测，指标全面且针对性强，保证了桥梁监测结果的准确性及有效性，且适用性强，规避了单指标模式指标不全、检测结果准确率低的问题，以及多指标模式针对性不强、数据量大，处理效率低且监测成本高的问题；其次，本发明选取不同的监测点以监测不同的数据，在选取的监测点数量较少的情况下，保证了监测准确性的同时，降低了监测成本；最后，本发明针对四个监测指标集成了一套对应的采集装置，形成了一套针对中小跨径装配式桥梁安全监测的完整的体系，监测指标针对性强、准确率高，监测装置长期性能稳定、维护成本低、集成度高、监测成本低且适用性强。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种中小跨径装配式桥梁安全监测方法，其特征在于，包括

选取待监测桥梁的第一监测点、第二监测点和第三监测点；

分别测量获得第一监测点处的应变数据、第二监测点处的挠度数据和第三监测点处的加速度数据，并基于测得的应变数据获得所述待监测桥梁相邻两片梁的横向相关系数，基于测得的所述加速度数据获得所述待监测桥梁的自振频率；

基于获得的所述应变数据、挠度数据、横向相关系数和自振频率，得到待监测桥梁的安全监测结果。

2.根据权利要求1所述的中小跨径装配式桥梁安全监测方法，其特征在于，通过下述方式选取待监测桥梁的所述第一监测点、第二监测点和第三监测点：

选取待监测桥梁每一监测孔跨的监测截面；

在所述监测截面每片梁底中部布设所述第一监测点；

在所述监测截面的外侧边梁布设所述第二监测点，同时，若所述待监测桥梁的梁片数n为偶数，则在第n/2片中梁梁底布设所述第二监测点，若所述待监测桥梁的梁片数n为奇数，则在第(n+1)/2片中梁梁底布设所述第二监测点；

在所述监测截面外侧边梁梁底布设所述第三监测点。

3.根据权利要求2所述的中小跨径装配式桥梁安全监测方法，其特征在于，还包括对监测得到的所述应变数据、挠度数据和加速度数据进行如下处理：

剔除监测得到的所述数据中的异常数据，并填补缺失数据以及消除噪声数据；

剔除温度对监测得到的所述数据的影响。

4.根据权利要求3所述的中小跨径装配式桥梁安全监测方法，其特征在于，通过下述方式剔除温度对监测的得到的所述数据的影响：

分别对以预设时间间隔采集的应变数据、挠度数据及加速度数据序列进行数据拟合得到相应的应变数据趋势项、挠度数据趋势项及加速度数据趋势项；

利用采集的所述应变数据、挠度数据及加速度数据分别减去对应的所述应变数据趋势项、挠度数据趋势项及加速度数据趋势项，获得剔除温度影响后的应变数据、加速度数据及挠度数据。

5.根据权利要求4所述的中小跨径装配式桥梁安全监测方法，其特征在于，根据两个相邻第一监测点处测得的应变数据获得对应的相邻两片梁的横向相关系数；

并将测得的预设时间段内的所述加速度数据通过频域变换获得所述待监测桥梁的自振频率。

6.根据权利要求1-5任一所述的中小跨径装配式桥梁安全监测方法，其特征在于，通过下述方式基于获得的所述应变数据、挠度数据、横向相关系数及自振频率，得到待监测桥梁的安全监测结果：

若其中应变评估值、挠度评估值、横向相关系数评估值和自振频率评估值均大于等于1，则判定所述待监测桥梁的安全状态正常，若其中任一评估值小于1，则判定所述待监测桥梁安全状态异常；

或者，

基于应变、挠度、横向相关系数及自振频率各指标对桥梁结构安全状态影响的权重值和对应的评估值，得到待监测桥梁的安全监测结果。

7.一种中小跨径装配式桥梁安全监测装置，其特征在于，包括

采集装置，用于采集待监测桥梁预设监测点处的应变数据、挠度数据或加速度数据；

数据处理器，用于对采集到的数据进行数据异常判断及数据异常处理，剔除温度对处理后的所述应变数据、挠度数据及加速度数据的影响，并分别根据剔除温度后的应变数据及加速度数据获得待监测桥梁的横向相关系数及自振频率；

处理器，用于基于数据处理器获得的所述应变数据、挠度数据、横向相关系数和自振频率，得到待监测桥梁的安全监测结果。

8.根据权利要求7所述的一种中小跨径装配式桥梁安全监测装置，其特征在于，所述采集装置包括；

应变传感器、动挠度计和加速度传感器分别用于测量应变数据、挠度数据或加速度数据；

数据采集仪，用于接收并传输采集到的所述应变数据和加速度数据至所述数据处理器。

9.根据权利要求8所述的一种中小跨径装配式桥梁安全监测装置，其特征在于，所述数据处理器通过下述方式剔除温度对处理后的所述应变数据、挠度数据及加速度数据的影响：

分别对以预设时间间隔采集的应变数据、挠度数据及加速度数据序列进行数据拟合得到相应的应变数据趋势项、挠度数据趋势项及加速度数据趋势项；

用采集的所述应变数据、挠度数据及加速度数据分别减去对应的应变数据趋势项、挠度数据趋势项及加速度数据趋势项，获得剔除温度影响后的应变数据、挠度数据及加速度数据；

并且，根据两个相邻第一监测点处测得的应变数据获得对应的相邻两片梁的横向相关系数；

并将测得的预设时间段内的所述加速度数据通过频域变换获得所述待监测桥梁的自振频率。

10.根据权利要求7-9任一所述的一种中小跨径装配式桥梁安全监测装置，其特征在于，所述处理器通过下述方式基于获得的所述应变数据、挠度数据、横向相关系数及自振频率，得到待监测桥梁的安全监测结果：

若其中应变评估值、挠度评估值、横向相关系数评估值和自振频率评估值均大于等于1，则判定所述待监测桥梁的安全状态正常，若其中任一评估值小于1，则判定所述待监测桥梁安全状态异常；

或者，

基于应变、挠度、横向相关系数及自振频率各指标对桥梁结构安全状态影响的权重值和对应的评估值，得到待监测桥梁的安全监测结果。

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