CN115993223A - 一种基于车载传感的桥梁刚度测量方法、系统及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于车载传感的桥梁刚度测量方法、系统及装置，首先计算桥梁各测量点位置处桥梁两点之间挠度差。其次建立车辆行驶至各测量点时前后传感器组之间桥梁挠度差。然后令上述两挠度差相等，并采用最小二乘法对n个前后传感器组之间桥梁挠度差进行线性拟合，获得桥梁刚度方程。最后将桥梁各测量点位置处测量车前后轮位置和两个垂直作用于桥面的静力荷载带入桥梁刚度方程获得待测桥梁刚度。本发明采用最小二乘法对n个前后传感器组之间桥梁挠度差进行线性拟合，通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配，获得桥梁刚度方程，后续直接将参数带入桥梁刚度方程即可，不仅可以提高待测桥梁刚度的计算速度，还可以提高待测桥梁刚度的计算精度。

Description

一种基于车载传感的桥梁刚度测量方法、系统及装置

技术领域

本发明属于桥梁工程测量技术领域，具体涉及一种基于车载传感的桥梁刚度测量方法、系统及装置。

背景技术

桥梁是交通基础设施的关键节点，随着服役期的延长，桥梁结构不可避免地会出现性能衰退。为了确保桥梁结构的安全运营，如何准确把握桥梁结构的使用状态是桥梁管养部门的痛点，也是技术难点。桥梁检测是桥梁使用状态评定的一种有效技术手段，桥梁刚度是反映桥梁使用状态的关键参数之一。面对量大面广的桥梁结构，如何快速检测出桥梁的刚度是急需解决的技术难题。

传统的检测方法采用桥梁挠度来推算桥梁结构的刚度。目前，常用的挠度检测方法主要有：水准仪测试方法、静力水准仪测试方法、位移计测试方法。水准仪测试方法需要在桥面上布置众多高程测试点，利用测试点与桥梁外不动点的高程差反映测试点的挠度，该方法检测速度慢，误差大；静力水准仪测试方法是利用连通器原理来测试桥梁的挠度，该方法对桥梁挠度的反映时间长，不适合快速测试；位移计测试方法则需要借助脚手架把位移计布置于桥梁底部进行接触式测量，该方法需要搭设脚手架，费时费力，当桥梁跨越山谷或河流时难以实现；综上，采用传统刚度计算方法存在检测速度慢以及精度低的问题。

目前我国公路桥梁数量已超过90万座，传统的桥梁刚度检测方法的劣势日益凸显，已经不能很好地满足桥梁检测的工作需求。因此，急需我们提供一种检测速度快、检测精度高的桥梁刚度检测方法。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提供一种基于车载传感的桥梁刚度测量方法、系统及装置，以实现快速、精确检测桥梁刚度。

本发明提供一种基于车载传感的桥梁刚度测量方法，包括：

基于距离与倾角关系计算桥梁各测量点位置处桥梁两点之间挠度差。

通过结构力学原理，建立车辆行驶至各测量点时，前后传感器组之间桥梁挠度差。

令桥梁各测量点位置处桥梁两点之间挠度差等于桥梁各测量点位置处前后传感器组之间桥梁挠度差，并采用最小二乘法对n个前后传感器组之间桥梁挠度差进行线性拟合，获得桥梁刚度方程；其中，n为大于1的正整数。

测量在桥梁各测量点位置处测量车前后轮位置和两个垂直作用于桥面的静力荷载。

将桥梁各测量点位置处测量车前后轮位置和两个垂直作用于桥面的静力荷载带入桥梁刚度方程，获得待测桥梁刚度。

可选地，所述基于距离与倾角关系计算桥梁各测量点位置处桥梁两点之间挠度差，具体包括：

利用各激光测距传感器测量桥梁各测量点位置处各激光测距传感器到桥面距离。

利用各倾角传感器测量桥梁各测量点位置处测量车的水平横向倾角。

根据各测量点位置处各激光测距传感器到桥面距离和测量车的水平横向倾角确定各测量点位置处测量车底部到桥面的垂直距离。

根据桥梁各测量点位置处测量车底部到桥面的垂直距离确定桥梁各测量点位置处桥梁两点之间挠度差。

可选地，所述通过结构力学原理，建立车辆行驶至各测量点时，前后传感器组之间桥梁挠度差，具体包括：

通过结构力学原理，建立车辆行驶至各测量点时，桥梁在车辆重力作用下的车辆前传感器组位置处桥梁挠度和车辆后传感器组位置处桥梁挠度。

根据车辆前后传感器组位置处桥梁挠度计算前后传感器组之间桥梁挠度差。

可选地，在桥梁第i测量点位置处车辆后传感器组位置处桥梁挠度Δ_i1公式为：

其中，Δ_i1表示在桥梁第i测量点位置处车辆后传感器组位置处桥梁挠度，

表示测量车位于第i测量点时，前轮作用时桥梁产生的弯矩函数，M_Pi1表示测量车位于第i测量点时，单位荷载作用于前轮位置处的弯矩函数，ds表示曲线积分，EI表示待测桥梁刚度，P₁和P₂分别表示测量车对桥面的作用力，等效简化为两个垂直作用于桥面的静力荷载，x_i1表示在桥梁第i测量点位置处测量车后车轮位置，x_i2表示在桥梁第i测量点位置处测量车前车轮位置，L表示桥梁长度。

可选地，在桥梁第i测量点位置处车辆前传感器组位置处桥梁挠度Δ_i2公式为：

其中，Δ_i2表示在桥梁第i测量点位置处车辆前传感器组位置处桥梁挠度，

表示测量车位于第i测量点时，后轮作用时桥梁产生的弯矩函数，M_Pi₂表示测量车位于第i测量点时，单位荷载作用于后轮位置处的弯矩函数，ds表示曲线积分，EI表示待测桥梁刚度，P₁和P₂分别表示测量车对桥面的作用力，等效简化为两个垂直作用于桥面的静力荷载，x_i1表示在桥梁第i测量点位置处测量车后车轮位置，x_i2表示在桥梁第i测量点位置处测量车前车轮位置，L表示桥梁长度。

可选地，所述令桥梁各测量点位置处桥梁两点之间挠度差等于桥梁各测量点位置处前后传感器组之间桥梁挠度差，并采用最小二乘法对n个前后传感器组之间桥梁挠度差进行线性拟合，获得桥梁刚度方程，具体公式为：

Δd’_i＝Δ_i；

其中，Δ_i表示在桥梁第i测量点位置处前后传感器组之间桥梁挠度差，L为桥梁长度，EI表示待测桥梁刚度，P₁和P₂分别表示测量车对桥面的作用力，等效简化为两个垂直作用于桥面的静力荷载，x_i1表示在桥梁第i测量点位置处测量车后车轮位置，x_i2表示在桥梁第i测量点位置处测量车前车轮位置，n表示桥梁测量点的总个数，Δd’_i表示在桥梁第i测量点位置处桥梁两点之间挠度差。

本发明还提供一种基于车载传感的桥梁刚度测量系统，所述系统包括：

第一挠度差确定模块，用于基于距离与倾角关系计算桥梁各测量点位置处桥梁两点之间挠度差。

第二挠度差确定模块，用于通过结构力学原理，建立车辆行驶至各测量点时，前后传感器组之间桥梁挠度差。

桥梁刚度方程建立模块，用于令桥梁各测量点位置处桥梁两点之间挠度差等于桥梁各测量点位置处前后传感器组之间桥梁挠度差，并采用最小二乘法对n个前后传感器组之间桥梁挠度差进行线性拟合，获得桥梁刚度方程；其中，n为大于1的正整数。

测量模块，用于测量在桥梁各测量点位置处测量车前后轮位置和两个垂直作用于桥面的静力荷载。

待测桥梁刚度求取模块，用于将桥梁各测量点位置处测量车前后轮位置和两个垂直作用于桥面的静力荷载带入桥梁刚度方程，获得待测桥梁刚度。

可选地，所述第二挠度差确定模块，具体包括：

车辆前后传感器组位置处桥梁挠度确定单元，用于通过结构力学原理，建立车辆行驶至各测量点时，桥梁在车辆重力作用下的车辆前传感器组位置处桥梁挠度和车辆后传感器组位置处桥梁挠度。

前后传感器组之间桥梁挠度差计算单元，用于根据车辆前后传感器组位置处桥梁挠度计算前后传感器组之间桥梁挠度差。

可选地，所述令桥梁各测量点位置处桥梁两点之间挠度差等于桥梁各测量点位置处前后传感器组之间桥梁挠度差，并采用最小二乘法对n个前后传感器组之间桥梁挠度差进行线性拟合，获得桥梁刚度方程，具体公式为：

Δd’_i＝Δ_i；

其中，Δ_i表示在桥梁第i测量点位置处前后传感器组之间桥梁挠度差，L为桥梁长度，EI表示待测桥梁刚度，P₁和P₂分别表示测量车对桥面的作用力，等效简化为两个垂直作用于桥面的静力荷载，x_i1表示在桥梁第i测量点位置处测量车后车轮位置，x_i2表示在桥梁第i测量点位置处测量车前车轮位置，n表示桥梁测量点的总个数，Δd’_i表示在桥梁第i测量点位置处桥梁两点之间挠度差。

本发明还提供一种基于车载传感的桥梁刚度测量装置，所述装置包括：

2个激光测距传感器，设置在测量车的底面，用于测量桥梁各测量点位置处各激光测距传感器到桥面距离。

2个倾角传感器，设置在测量车的底面，用于测量桥梁各测量点位置处测量车的水平横向倾角。

计算模块，分别与各激光测距传感器和各倾角传感器相连，用于采用上述的方法确定待测桥梁刚度。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明公开一种基于车载传感的桥梁刚度测量方法、系统及装置，方法包括：首先基于距离与倾角关系计算桥梁各测量点位置处桥梁两点之间挠度差。其次通过结构力学原理，建立车辆行驶至各测量点时，前后传感器组之间桥梁挠度差。再次令桥梁各测量点位置处桥梁两点之间挠度差等于桥梁各测量点位置处前后传感器组之间桥梁挠度差，并采用最小二乘法对n个前后传感器组之间桥梁挠度差进行线性拟合，获得桥梁刚度方程。然后测量在桥梁各测量点位置处测量车前后轮位置和两个垂直作用于桥面的静力荷载。最后将桥梁各测量点位置处测量车前后轮位置和两个垂直作用于桥面的静力荷载带入桥梁刚度方程，获得待测桥梁刚度。本发明采用最小二乘法对n个前后传感器组之间桥梁挠度差进行线性拟合，通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配，获得桥梁刚度方程，后续直接将测量车前后轮位置和两个垂直作用于桥面的静力荷载带入桥梁刚度方程即可，不仅可以提高待测桥梁刚度的计算速度，还可以提高待测桥梁刚度的计算精度，避免了传统桥梁检测时现场布设仪器这一繁琐过程。

附图说明

图1为本发明公开一种基于车载传感的桥梁刚度测量方法流程图；

图2为本发明公开传感器安装测量车示意图；

图3为本发明公开测量车在桥面上受力分析示意图；

图4为本发明公开测量车常规受力分析示意图；

图5为本发明公开距离与倾角关系示意图；

图6为本发明公开测量车作用下桥梁整体受力简化图示意图；

图7为本发明公开一种基于车载传感的桥梁刚度测量系统结构图；

图8为本发明公开桥梁整体示意图；

图9为本发明公开桥梁截面尺寸图。

其中，1激光测距传感器，2倾角传感器，3测量车，4桥面。

具体实施方式

下面结合具体实施案例和附图对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。

实施例1

如图1所示，本发明公开一种基于车载传感的桥梁刚度测量方法，方法包括：

步骤S1：基于距离与倾角关系计算桥梁各测量点位置处桥梁两点之间挠度差。

步骤S2：通过结构力学原理，建立车辆行驶至各测量点时，前后传感器组之间桥梁挠度差。

步骤S3：令桥梁各测量点位置处桥梁两点之间挠度差等于桥梁各测量点位置处前后传感器组之间桥梁挠度差，并采用最小二乘法对n个前后传感器组之间桥梁挠度差进行线性拟合，获得桥梁刚度方程；其中，n为大于1的正整数。

步骤S4：测量在桥梁各测量点位置处测量车3前后轮位置和两个垂直作用于桥面4的静力荷载。

步骤S5：将桥梁各测量点位置处测量车3前后轮位置和两个垂直作用于桥面4的静力荷载带入桥梁刚度方程，获得待测桥梁刚度。

下面对各个步骤进行详细论述：

步骤S1：基于距离与倾角关系计算桥梁各测量点位置处桥梁两点之间挠度差，具体包括：

步骤S11：利用各激光测距传感器1测量桥梁各测量点位置处各激光测距传感器1到桥面4距离d_i1、d_i2。本发明需要2个激光测距传感器1和2个倾角传感器2，将其中一个激光测距传感器1和一个倾角传感器2设置为第一组，简称前传感器组；另一个激光测距传感器1和另一个倾角传感器2设置为第二组，简称后传感器组；其中后传感器组设置在测量车3距离后车轮a₁位置处，前传感器组设置在测量车3距离前车轮a₂位置处。两传感器组设置在前后车轮之间，每组中激光测距传感器1和倾角传感器2对应设置，具体详见图2。

步骤S12：利用各倾角传感器2测量桥梁各测量点位置处测量车3的水平横向倾角θ_i1、θ_i2。

步骤S13：根据各测量点位置处各激光测距传感器1到桥面4距离和测量车3的水平横向倾角确定各测量点位置处测量车3底部到桥面4的垂直距离，具体计算公式为：

d’_i1＝d_i1·cosθ_i1；

d’_i2＝d_i2·cosθ_i2；

其中，d_i1表示在桥梁第i测量点位置处第1个激光测距传感器1到桥面4距离，d_i2表示在桥梁第i测量点位置处第2个激光测距传感器1到桥面4距离，θ_i1表示在桥梁第i测量点位置处第1个倾角传感器2测量测量车3的水平横向倾角，θ_i2表示在桥梁第i测量点位置处第2个倾角传感器2测量测量车3的水平横向倾角，d’_i1、d’_i2分别表示测量车3底部到桥面4的垂直距离。

因为两个激光测距传感器1相同，两个倾角传感器2相同，所以具体距离与倾角关系用一组传感器进行示例表示，具体详见图5，可见图5中用d表示d_i1和d_i2，用θ表示θ_i1和θ_i2，用d’表示d’_i1、d’_i2。

步骤S14：根据桥梁各测量点位置处测量车3底部到桥面4的垂直距离确定桥梁各测量点位置处桥梁两点之间挠度差，具体公式为：

Δd’_i＝|d’_i2-d’_i1|；

其中，Δd’_i表示桥梁第i测量点位置处桥梁两点之间挠度差，d’_i1、d’_i2分别表示测量车3底部到桥面4的垂直距离。

为了提高测量精度，本发明在桥梁上设置了n个测量点，依次测量每一个测量点，因此获得桥梁挠度向量矩阵。

步骤S14：根据桥梁各测量点位置处桥梁两点之间挠度差确定桥梁挠度向量矩阵，具体公式为：

Δd’＝[Δd’₁,Δd’₂,···,Δd’_n-1,Δd’_n]^T；

其中，Δd’_i表示在桥梁第i测量点位置处桥梁两点之间挠度差，Δd’表示桥梁挠度向量矩阵。

图3给出了具体测量车3在桥梁上的受力分析，图4为本发明公开测量车3常规受力分析示意图，图3中A部分各字母与图4中的个字母标号相同，具体参见图4，其中，k_s1、k_s2分别代表前后车身部分刚度，k_t1、k_t2分别代表前后轮胎刚度，c_s1、c_s2分别代表前后车身部分阻尼，c_t1、c_t2分别代表前后轮胎阻尼，m_t1、m_t2分别为前后车轮质量，a₁、a₂分别代表后传感器组到后车轮之间的距离、前传感器组到前车轮之间的距离，d₁、d₂为某一测量点位置处两个激光传感器到桥面4的距离。因此基于结构力学原理能够直接构建前后传感器组之间桥梁挠度差，具体步骤如下：

步骤S2：通过结构力学原理，建立车辆行驶至各测量点时，前后传感器组之间桥梁挠度差，具体包括：

步骤S21：通过结构力学原理，建立车辆行驶至各测量点时，桥梁在车辆重力作用下的车辆前传感器组位置处桥梁挠度和车辆后传感器组位置处桥梁挠度；具体受力如图3和图4所示。

在桥梁第i测量点位置处车辆后传感器组位置处桥梁挠度Δ_i1公式为：

在桥梁第i测量点位置处车辆前传感器组位置处桥梁挠度Δ_i2公式为：

其中，Δ_i1表示在桥梁第i测量点位置处车辆后传感器组位置处桥梁挠度，Δ_i2表示在桥梁第i测量点位置处车辆前传感器组位置处桥梁挠度，L为桥梁长度，

表示测量车3位于第i测量点时，前轮作用时桥梁产生的弯矩函数，

表示测量车3位于第i测量点时，后轮作用时桥梁产生的弯矩函数，M_Pi1表示测量车3位于第i测量点时，单位荷载作用于前轮位置处的弯矩函数，M_Pi2表示测量车3位于第i测量点时，单位荷载作用于后轮位置处的弯矩函数，ds表示曲线积分，EI表示待测桥梁刚度，P₁和P₂分别表示测量车3对桥面4的作用力，等效简化为两个垂直作用于桥面4的静力荷载，x_i1表示在桥梁第i测量点位置处测量车3后车轮位置，x_i2表示在桥梁第i测量点位置处测量车3前车轮位置。

步骤S22：根据车辆前后传感器组位置处桥梁挠度计算前后传感器组之间桥梁挠度差，具体公式为：

其中，Δ_i表示在桥梁第i测量点位置处前后传感器组之间桥梁挠度差，Δ_i1表示在桥梁第i测量点位置处车辆后传感器组位置处桥梁挠度，Δ_i2表示在桥梁第i测量点位置处车辆前传感器组位置处桥梁挠度，L为桥梁长度，EI表示待测桥梁刚度，P₁和P₂分别表示测量车3对桥面4的作用力，等效简化为两个垂直作用于桥面4的静力荷载，x_i1表示在桥梁第i测量点位置处测量车3后车轮位置，x_i2表示在桥梁第i测量点位置处测量车3前车轮位置。

步骤S3：令桥梁各测量点位置处桥梁两点之间挠度差等于桥梁各测量点位置处前后传感器组之间桥梁挠度差，并采用最小二乘法对n个前后传感器组之间桥梁挠度差进行线性拟合，获得桥梁刚度方程，具体公式为：

Δd’_i＝Δ_i；

其中，Δ_i表示在桥梁第i测量点位置处前后传感器组之间桥梁挠度差，L为桥梁长度，EI表示待测桥梁刚度，P₁和P₂分别表示测量车3对桥面4的作用力，等效简化为两个垂直作用于桥面4的静力荷载，x_i1表示在桥梁第i测量点位置处测量车3后车轮位置，x_i2表示在桥梁第i测量点位置处测量车3前车轮位置，n表示桥梁测量点的总个数，Δd’_i表示在桥梁第i测量点位置处桥梁两点之间挠度差。

步骤S4：测量在桥梁各测量点位置处测量车3前后轮位置和两个垂直作用于桥面4的静力荷载。

图6公开了本发明测量车3作用下桥梁整体受力简化图，将两车轮对桥面4的作用力简化为P₁和P₂，车辆作用第i测量点位置处前后车轮的位置分别为x_i1、x_i2，图6中用x₁、x₂笼统表示前后车轮的位置。x表示水平方向，y表示竖直方向。

本发明通过距离测量方式测量测量车3在桥梁各测量点位置处测量前后轮位置，因此可以得到前轮位置向量x₁和后轮位置向量x₂，具体公式为：x₁＝[x₁₁,x₂₁，···,x_(n-1)1,x_n1]^T、x₂＝[x₁₂,x₂₂，···,x_(n-1)2,x_n2]^T；其中，x_i1表示在桥梁各测量点位置处测量车3后车轮位置，x_i2表示在桥梁各测量点位置处测量车3前车轮位置。

步骤S5：将桥梁各测量点位置处测量车3前后轮位置和两个垂直作用于桥面4的静力荷载带入桥梁刚度方程，获得待测桥梁刚度EI。

实施例2

如图7所示，本发明还公开一种基于车载传感的桥梁刚度测量系统，所述系统包括：

第一挠度差确定模块701，用于基于距离与倾角关系计算桥梁各测量点位置处桥梁两点之间挠度差。

第二挠度差确定模块702，用于通过结构力学原理，建立车辆行驶至各测量点时，前后传感器组之间桥梁挠度差。

桥梁刚度方程建立模块703，用于令桥梁各测量点位置处桥梁两点之间挠度差等于桥梁各测量点位置处前后传感器组之间桥梁挠度差，并采用最小二乘法对n个前后传感器组之间桥梁挠度差进行线性拟合，获得桥梁刚度方程；其中，n为大于1的正整数。

测量模块704，用于测量在桥梁各测量点位置处测量车3前后轮位置和两个垂直作用于桥面4的静力荷载。

待测桥梁刚度求取模块705，用于将桥梁各测量点位置处测量车3前后轮位置和两个垂直作用于桥面4的静力荷载带入桥梁刚度方程，获得待测桥梁刚度。

作为一种可选地实施方式，本发明所述第二挠度差确定模块702，具体包括：

车辆前后传感器组位置处桥梁挠度确定单元，用于通过结构力学原理，建立车辆行驶至各测量点时，桥梁在车辆重力作用下的车辆前传感器组位置处桥梁挠度和车辆后传感器组位置处桥梁挠度。

前后传感器组之间桥梁挠度差计算单元，用于根据车辆前后传感器组位置处桥梁挠度计算前后传感器组之间桥梁挠度差。

作为一种可选地实施方式，本发明所述第一挠度差确定模块701，具体包括：

第一距离确定单元，用于利用各激光测距传感器1测量桥梁各测量点位置处各激光测距传感器1到桥面4距离。

水平横向倾角测量单元，用于利用各倾角传感器2测量桥梁各测量点位置处测量车3的水平横向倾角。

垂直距离确定单元，用于根据各测量点位置处各激光测距传感器1到桥面4距离和测量车3的水平横向倾角确定各测量点位置处测量车3底部到桥面4的垂直距离。

桥梁两点之间挠度差确定单元，用于根据桥梁各测量点位置处测量车3底部到桥面4的垂直距离确定桥梁各测量点位置处桥梁两点之间挠度差。

与实施例1相同的部分具体详见实施例1，在此不再逐一赘述。

实施例3

发明还提供一种基于车载传感的桥梁刚度测量装置，包括：2个激光测距传感器1、2个倾角传感器2和计算模块；计算模块分别与各激光测距传感器1和各倾角传感器2相连。2个激光测距传感器1设置在测量车3的下底面，2个倾角传感器2设置在测量车3的上底面。

激光测距传感器1用于测量桥梁各测量点位置处各激光测距传感器1到桥面4距离；倾角传感器2用于测量桥梁各测量点位置处测量车3的水平横向倾角；计算模块用于采用实施例1中的方法确定待测桥梁刚度。

作为一种可选地实施方式，本发明计算模块为控制器或者上位机。控制器可以为任何单片机或FPGA，上位机可以为手机、平板、台式电脑等。

作为一种可选地实施方式，本发明激光测距传感器1和倾角传感器2下上对应设置。

与实施例1相同的部分具体详见实施例1，在此不再逐一赘述。

实施例4

以某跨径L＝30的简支梁桥为例，实测桥梁刚度EI＝1.25e¹⁰，桥梁整体示意图如图8所示。桥梁截面尺寸图如图9所示。车辆自重为m＝4.5e⁴kg。荷载P₁、P₂＝P＝220500N，两传感器分别到后前车轮的距离a₁、a₂均为0.5m。

x₁＝[4.5,9.5,14.5,19.5,24.5]^T、x₂＝[8.5,13.5,18.5,23.5,28.5]^T；

Δd’＝[0.00293，0.0017，0.00078，0.00276，0.00245]^T。

将以上测得数据代入公式得到：

x＝[37047675，21428925，9624825，34063575，29837325]^T，

Δ＝[0.00293，0.0017，0.00078，0.00276，0.00245]^T

根据公式

解得EI＝1.2491e¹⁰

误差为

通过上述工程实例，本文方法得到的计算结果接近桥梁实测刚度，可以知道按照本发明实施后可以取得良好的技术效果。

通过以上方法实现利用车载的方式间接测量桥梁刚度EI，并结合最小二乘法对计算结果进行了处理，提高了计算精度。避免了传统桥梁检测时现场布设仪器这一繁琐过程，大大提高了桥梁检测的效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于车载传感的桥梁刚度测量方法，其特征在于，包括：

基于距离与倾角关系计算桥梁各测量点位置处桥梁两点之间挠度差；

通过结构力学原理，建立车辆行驶至各测量点时，前后传感器组之间桥梁挠度差；

令桥梁各测量点位置处桥梁两点之间挠度差等于桥梁各测量点位置处前后传感器组之间桥梁挠度差，并采用最小二乘法对n个前后传感器组之间桥梁挠度差进行线性拟合，获得桥梁刚度方程；其中，n为大于1的正整数；

测量在桥梁各测量点位置处测量车前后轮位置和两个垂直作用于桥面的静力荷载；

将桥梁各测量点位置处测量车前后轮位置和两个垂直作用于桥面的静力荷载带入桥梁刚度方程，获得待测桥梁刚度。

2.根据权利要求1所述的一种基于车载传感的桥梁刚度测量方法，其特征在于，所述基于距离与倾角关系计算桥梁各测量点位置处桥梁两点之间挠度差，具体包括：

利用各激光测距传感器测量桥梁各测量点位置处各激光测距传感器到桥面距离；

利用各倾角传感器测量桥梁各测量点位置处测量车的水平横向倾角；

根据各测量点位置处各激光测距传感器到桥面距离和测量车的水平横向倾角确定各测量点位置处测量车底部到桥面的垂直距离；

根据桥梁各测量点位置处测量车底部到桥面的垂直距离确定桥梁各测量点位置处桥梁两点之间挠度差。

3.根据权利要求1所述的一种基于车载传感的桥梁刚度测量方法，其特征在于，所述通过结构力学原理，建立车辆行驶至各测量点时，前后传感器组之间桥梁挠度差，具体包括：

通过结构力学原理，建立车辆行驶至各测量点时，桥梁在车辆重力作用下的车辆前传感器组位置处桥梁挠度和车辆后传感器组位置处桥梁挠度；

根据车辆前后传感器组位置处桥梁挠度计算前后传感器组之间桥梁挠度差。

4.根据权利要求3所述的一种基于车载传感的桥梁刚度测量方法，其特征在于，在桥梁第i测量点位置处车辆后传感器组位置处桥梁挠度Δ_i1公式为：

其中，Δ_i1表示在桥梁第i测量点位置处车辆后传感器组位置处桥梁挠度，

表示测量车位于第i测量点时，前轮作用时桥梁产生的弯矩函数，M_Pi1表示测量车位于第i测量点时，单位荷载作用于前轮位置处的弯矩函数，ds表示曲线积分，EI表示待测桥梁刚度，P₁和P₂分别表示测量车对桥面的作用力，等效简化为两个垂直作用于桥面的静力荷载，x_i1表示在桥梁第i测量点位置处测量车后车轮位置，x_i2表示在桥梁第i测量点位置处测量车前车轮位置，L表示桥梁长度。

5.根据权利要求3所述的一种基于车载传感的桥梁刚度测量方法，其特征在于，在桥梁第i测量点位置处车辆前传感器组位置处桥梁挠度Δ_i2公式为：

其中，Δ_i2表示在桥梁第i测量点位置处车辆前传感器组位置处桥梁挠度，

表示测量车位于第i测量点时，后轮作用时桥梁产生的弯矩函数，M_Pi2表示测量车位于第i测量点时，单位荷载作用于后轮位置处的弯矩函数，ds表示曲线积分，EI表示待测桥梁刚度，P₁和P₂分别表示测量车对桥面的作用力，等效简化为两个垂直作用于桥面的静力荷载，x_i1表示在桥梁第i测量点位置处测量车后车轮位置，x_i2表示在桥梁第i测量点位置处测量车前车轮位置，L表示桥梁长度。

6.根据权利要求1所述的一种基于车载传感的桥梁刚度测量方法，其特征在于，所述令桥梁各测量点位置处桥梁两点之间挠度差等于桥梁各测量点位置处前后传感器组之间桥梁挠度差，并采用最小二乘法对n个前后传感器组之间桥梁挠度差进行线性拟合，获得桥梁刚度方程，具体公式为：

Δd’_i＝Δ_i；

其中，Δ_i表示在桥梁第i测量点位置处前后传感器组之间桥梁挠度差，L为桥梁长度，EI表示待测桥梁刚度，P₁和P₂分别表示测量车对桥面的作用力，等效简化为两个垂直作用于桥面的静力荷载，x_i1表示在桥梁第i测量点位置处测量车后车轮位置，x_i2表示在桥梁第i测量点位置处测量车前车轮位置，n表示桥梁测量点的总个数，Δd’_i表示在桥梁第i测量点位置处桥梁两点之间挠度差。

7.一种基于车载传感的桥梁刚度测量系统，其特征在于，所述系统包括：

第一挠度差确定模块，用于基于距离与倾角关系计算桥梁各测量点位置处桥梁两点之间挠度差；

第二挠度差确定模块，用于通过结构力学原理，建立车辆行驶至各测量点时，前后传感器组之间桥梁挠度差；

桥梁刚度方程建立模块，用于令桥梁各测量点位置处桥梁两点之间挠度差等于桥梁各测量点位置处前后传感器组之间桥梁挠度差，并采用最小二乘法对n个前后传感器组之间桥梁挠度差进行线性拟合，获得桥梁刚度方程；其中，n为大于1的正整数；

测量模块，用于测量在桥梁各测量点位置处测量车前后轮位置和两个垂直作用于桥面的静力荷载；

待测桥梁刚度求取模块，用于将桥梁各测量点位置处测量车前后轮位置和两个垂直作用于桥面的静力荷载带入桥梁刚度方程，获得待测桥梁刚度。

8.根据权利要求7所述的一种基于车载传感的桥梁刚度测量系统，其特征在于，所述第二挠度差确定模块，具体包括：

车辆前后传感器组位置处桥梁挠度确定单元，用于通过结构力学原理，建立车辆行驶至各测量点时，桥梁在车辆重力作用下的车辆前传感器组位置处桥梁挠度和车辆后传感器组位置处桥梁挠度；

前后传感器组之间桥梁挠度差计算单元，用于根据车辆前后传感器组位置处桥梁挠度计算前后传感器组之间桥梁挠度差。

9.根据权利要求7所述的一种基于车载传感的桥梁刚度测量系统，其特征在于，所述令桥梁各测量点位置处桥梁两点之间挠度差等于桥梁各测量点位置处前后传感器组之间桥梁挠度差，并采用最小二乘法对n个前后传感器组之间桥梁挠度差进行线性拟合，获得桥梁刚度方程，具体公式为：

Δd’_i＝Δ_i；

其中，Δ_i表示在桥梁第i测量点位置处前后传感器组之间桥梁挠度差，L为桥梁长度，EI表示待测桥梁刚度，P₁和P₂分别表示测量车对桥面的作用力，等效简化为两个垂直作用于桥面的静力荷载，x_i1表示在桥梁第i测量点位置处测量车后车轮位置，x_i2表示在桥梁第i测量点位置处测量车前车轮位置，n表示桥梁测量点的总个数，Δd’_i表示在桥梁第i测量点位置处桥梁两点之间挠度差。

10.一种基于车载传感的桥梁刚度测量装置，其特征在于，所述装置包括：

2个激光测距传感器，设置在测量车的底面，用于测量桥梁各测量点位置处各激光测距传感器到桥面距离；

2个倾角传感器，设置在测量车的底面，用于测量桥梁各测量点位置处测量车的水平横向倾角；

计算模块，分别与各激光测距传感器和各倾角传感器相连，用于采用权利要求1-6任一项所述的方法确定待测桥梁刚度。

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