CN207395997U - 一种桥梁影响线识别系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种桥梁影响线识别系统，包括移动检测车，能够在待测桥梁上移动；信号采集子系统，用于检测车的实时位置信号、待检桥梁的动应变和动挠度信号的采集及无线传输；信号处理子系统，接收所述信号采集子系统所采集的信号并进行处理，实现桥梁影响线的识别和可视化。本实用新型的桥梁影响线识别系统有完整的测量信息，可较好地保证系统识别的影响线精度；实施过程对桥梁正常交通运输功能的影响小，可实施性强；设备装置可通过检测车在各待检桥梁间流动使用，一次性检测成本低；包含无线传输和车辆定位装置，使用更加方便快捷；结构简单，检测时所需的人力成本低，且能够适应各种类型桥梁和各种检测环境，适于推广应用。

Description

一种桥梁影响线识别系统

技术领域

本实用新型涉及结构安全性检测领域，具体涉及基于移动检测车的桥梁影响线识别系统。

背景技术

桥梁结构造价高，使用周期长，如何保障其在使用寿命周期内的安全性和适用性是政府和社会共同关注的问题。交通运输行业最新统计数据显示，我国有77.92万座公路桥，其中特大桥梁3894座，大桥7.95万座，中小桥69.58万座，后者占比近90％。在桥梁评估的具体实践，中小桥梁通常采用以承载能力为主的安全评估方法，目前相对最可靠的桥梁承载力评估方法是静载试验法。结构校验系数作为静载试验法主要的评价指标，桥梁影响线与之联系紧密。在桥梁运营初期，实测影响线通常比理论影响线更趋向于安全，此时结构校验系数小于1；随着桥梁性能退化，实测影响线随之改变，此时结构校验系数可接近甚至超过1。桥梁影响线具有物理意义明确、对损伤敏感、对环境变化较不敏感等优点，非常适合发展成评估桥梁状态的关键指标。监测桥梁在不同使用阶段的影响线状态及其变化趋势，对于评估桥梁服役性能具有重要意义。

准确识别桥梁影响线，目前较可行的方法是先获取移动检测车和多类型桥梁响应的同步测量信号，建立桥梁荷载与桥梁响应之间准确的映射关系，然后通过优化算法反演识别影响线。现有的桥梁健康监测系统通常可包含桥梁荷载与桥梁响应的监测，但该系统很难简单复制并运用到中小桥梁。目前一套桥梁健康监测系统大多仅仅服务于一座特定的桥梁，系统报价动辄几百万，甚至上千万。价格如此昂贵却无法在多座桥间重复使用的桥梁系统，显然解决不了量大面广的中小桥梁安全评估问题。

鉴于上述情况，亟需研发一种简便高效、精度高、成本低的桥梁影响线识别系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种桥梁影响线识别系统，可适用于量大面广的中小桥梁，能够简便高效、高精度地识别桥梁影响线。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种桥梁影响线识别系统，包括：

检测车，所述检测车在待检测桥梁上移动，其车轴重与轴间距已标定；

信号采集子系统，包括车辆位置采集装置、桥梁动应变采集装置、桥梁动挠度采集装置和信号无线传输装置；所述车辆位置采集装置与所述检测车相连用于采集检测车的实时位置信号；所述桥梁动应变采集装置与所述待检测桥梁相连用于采集待检桥梁的动应变响应信号；所述桥梁动挠度采集装置与所述待检测桥梁相连用于采集待检桥梁的动挠度响应信号；所述信号无线传输装置与所述车辆位置采集装置、桥梁动应变采集装置、桥梁动挠度采集装置分别相连用于信号的无线传输；

信号处理子系统，与所述信号采集子系统相连用于接收并显示所述信号采集子系统发送的信号，进行处理后输出桥梁影响线识别结果。

优选的，所述车辆位置采集装置包括固定于桥外某点的参考基站、固定于车顶并随车移动的流动站和接收流动站实时位置信号的位置信号接收机，标定流动站与检测车的相对位置，采用GPS实时动态定位技术采集所述流动站与参考基站的相对位置变化，从而确定移动的检测车在桥梁的实时位置；所述信号接收机与所述无线传输装置通过数据线相连接以发送检测车在桥梁的实时位置数据。

优选的，所述桥梁动应变采集装置包括黏结或焊接在桥梁关键截面测点的应变计和具有无线发射功能的应变采集盒，所述应变计和应变采集盒通过数据线相连接；所述应变采集盒与所述无线传输装置通过数据线相连接以发送动应变采集数据。

优选的，所述应变计包括振弦式应变计或光纤应变计。

优选的，所述桥梁动挠度采集装置包括布置在桥外不动点的光电挠度仪及黏结或焊接在桥梁梁底或桥面的光源靶标，所述光电挠度仪接收并处理靶标发出的光源，所述光电挠度仪与所述无线传输装置通过数据线相连接以发送动挠度采集数据。

优选的，所述信号无线传输装置包括多个无线节点和一个无线基站，所述车辆位置采集装置、桥梁动应变采集装置和桥梁动挠度采集装置通过数据线分别与不同的无线节点相连接(即车辆位置采集装置与一个无线节点相连，桥梁动应变采集装置与一个无线节点相连，桥梁动挠度采集装置与一个无线节点相连)，多个无线节点的数据通过无线传输到同一个无线基站。

优选的，所述信号处理子系统包括：

多源信号显示装置，与所述信号无线传输装置相连，用于接收所述信号无线传输装置发送的车辆位置信号、桥梁动应变信号、桥梁动挠度信号并进行可视化处理；

影响线识别装置，与所述多源信号显示装置相连，用于根据车辆位置信号、桥梁动应变信号和桥梁动挠度信号构造影响线识别模型并优化求解；

影响线可视化装置，与所述影响线识别装置相连，用于根据所述检测车的移动路线、应变计或光源靶标的安装位置，输出单位力作用在桥梁不同位置的影响线识别结果。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

1、本发明的桥梁影响线识别系统基于桥梁荷载和桥梁响应的同步采集信息可保证通过该系统识别的影响线具有较高精度；

2、利用本发明的桥梁影响线识别系统进行影响线识别，仅需短时间封闭交通或仅封闭检测车占用车道的交通，即可得到较准确的影响线识别结果，可实施性强，对桥梁正常交通运输功能的影响小；

3、本发明的桥梁影响线识别系统采用不同于桥梁监测系统的常规方案，仅有少量传感器固定安装在桥梁上，与之配套且相对昂贵的仪器设备则通过检测车在各个待检桥梁间流动使用，大大降低了一次性使用成本；

4、本发明的桥梁影响线识别系统的使用方便快捷，系统大量采用信号无线传输技术，既免去了传感器与采集系统间长距离布线的麻烦，又保证了多类型信号的同步；识别过程中仅需一辆或少量检测车沿固定车道行驶通过桥梁，不要求车辆必须匀速；

5、本发明的桥梁影响线识别系统在进行识别操作之前，不需要事先知道桥梁结构的完整特征信息，也不需要建立桥梁有限元模型，即可方便快捷地识别；

6、本发明的桥梁影响线识别系统的结构简单，检测时所需的人力成本低，且能够适应各种类型桥梁和各种检测环境，适于推广应用。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明；但本实用新型的一种桥梁影响线识别系统不局限于实施例。

附图说明

图1为本实用新型的桥梁影响线识别系统的组成示意图。

附图标识：

1 待检测桥梁

2 检测车

3 信号采集子系统

31 车辆位置采集装置

32 桥梁动应变采集装置

33 桥梁动挠度采集装置

34 信号无线传输装置

4 信号处理子系统

41 多源信号显示装置

42 影响线识别装置

43 影响线可视化装置

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清晰，下面将结合附图对具体实施例进行详细描述。

本发明一种桥梁影响线识别系统的组成示意图参见图1所示，桥梁影响线识别系统主要包括在待检测桥梁1上移动的检测车2；信号采集子系统2，设于所述待检测桥梁1和移动检测车2，所述信号采集子系统3用于采集检测车2的实时位置信号和待检桥梁1的动应变、动挠度响应信号；所述信号采集子系统包括车辆位置采集装置31、桥梁动应变采集装置32、桥梁动挠度采集装置33，上述信号采集装置都连接到信号无线传输装置34；信号处理子系统4连接信号采集子系统3，接收所述信号采集子系统所采集的信号并进行处理，可视化桥梁影响线识别结果；信号处理子系统包括多源信号显示装置41、影响线识别装置42和影响线可视化装置43。

检测车2的作用是通过在桥梁上有规律的移动，改变轴重荷载的施加位置，使待检测桥梁关键测点的应变与挠度变化。为了测到较大幅值的桥梁应变与挠度，降低测量噪声对影响线识别的干扰，检测车优选为多轴重车或挂车。检测车的轴重和轴间距应事先标定，在检测过程保持不变。检测车在检测过程中保持运动状态，其实时位置通过车辆位置采集装置31确定。

车辆位置采集装置31包括一个参考基站、流动站和位置信号接收机，其中参考基站固定在桥梁伸缩缝以外的不动点，流动站是固定于车顶，位置信号接收机接收流动站的实时位置信号；标定流动站与检测车2的相对位置，采用GPS实时动态定位技术采集流动站与参考基站的相对位置变化，从而确定移动的检测车在桥梁的实时位置。

桥梁动应变采集装置32包括应变计和应变采集盒，其中应变计布置在桥梁关键节点上，优选精度较高的应变计，如振弦式应变计、光纤应变计；考虑到同一个或相邻截面的多个测点都布置了应变计，可通过数据线将多个应变计连接到同个应变采集盒。

桥梁动挠度采集装置33包括光电挠度仪和光源靶标，其中，光源靶标黏结或焊接在桥梁梁底或桥面的挠度关键点上，光电挠度仪布置在桥梁伸缩缝以外的不动点，该位置离靶标直线距离较近且不易受遮挡；测试前，光电挠度仪需先瞄准并锁定光源靶标，并在测试过程中采集移动检测车2引起的靶标的竖向位移数据，动挠度数据通过数据线外接接口输出。

信号无线传输装置34包括无线节点和无线基站，通过数据线连接位置信号接收机和无线节点，连接应变采集盒和无线节点，连接光电挠度仪和无线节点，即可连接到同一个无线节点，也可就近连接到不同的无线节点，多个无线节点可将数据无线传输到同一个无线基站。

多源信号显示装置41，连接到信号无线传输装置34，对信号无线传输装置获取的车辆位置信号、桥梁动应变信号、桥梁动挠度信号进行实时显示处理，以便及时发现信号异常和判断多源信号的同步性。

影响线识别装置，根据车辆位置信号、桥梁动应变信号和桥梁动挠度信号，进而构造影响线识别的数学模型并进行优化求解；识别桥梁影响线本质上属于一类参数识别的反问题，由于实测的桥梁动应变和动挠度信号不可避免地受到行驶车辆的动力效应及其他荷载的干扰，准确识别的关键在于妥善处理反问题求解的不适定性，避免影响线识别对测量噪声等误差过于敏感；为了改善影响线识别问题的不适定性，识别方法中结合了Tikhonov正则化和影响线识别优化函数。当然，也可以采用其他现有的先进识别算法。

影响线可视化装置，根据检测车2的行进路线、应变计或光源靶标的安装位置，可视化输出单位力作用在待检测桥梁1不同位置的影响线识别结果。

本发明的桥梁影响线识别系统的具体实现有以下步骤：

(1)根据桥梁结构的具体受力特点和监测目标，选择关键截面的应变测点黏结或焊接应变计，将同个截面或相邻截面的多个应变计连接到同个应变采集盒；选择关键截面的挠度测点黏结或焊接光源靶标；

(2)将光电挠度仪布置在桥梁伸缩缝以外的不动点，瞄准并锁定光源靶标，采集并输出光源靶标的竖向位移数据，分析光电挠度仪的接收信号，调试直至确认动挠度测量精度满足要求；

(3)通过静态称重系统标定检测车2的各轴轴重，用卷尺测量检测车2的各轴间距；

(4)将参考基站固定在桥梁伸缩缝以外的不动点，将流动站固定在检测车2的车顶，测量流动站与检测车2各车轴的相对位置，分析位置信号接收机的接收信号，调试直至确认车辆动态位置测量精度满足要求；

(5)用数据线连接位置信号接收机和无线节点，连接应变采集盒和无线节点，连接光电挠度仪和无线节点，将多个无线节点的数据无线传输到同一个无线基站；

(6)通过多源信号显示装置41，对信号无线传输装置34获取的车辆位置信号、桥梁动应变信号、桥梁动挠度信号实时显示处理，调试设备直至确认信号无明显异常且多源信号可同步采集；

(7)根据待检桥梁1的车道分布情况，预先规划并标记好检测过程中检测车2的行进路线；

(8)影响线检测前，检测车2停驻在桥梁伸缩缝以外位置，启动信号采集子系统3，对桥梁初始状态进行标定；开始正式检测，检测车2发动，同时再次启动信号采集子系统3，

检测车2按照预定路线在桥上行驶，记录检测车2过桥全过程的车辆与桥梁的完整信息；

(9)根据信号采集子系统3获取的车辆位置信号、桥梁动应变信号和桥梁动挠度信号，通过影响线识别装置，构造影响线识别的数学模型，并优化求解影响线；

(10)通过影响线可视化装置，根据检测车2的行进路线、应变计或光源靶标的安装位置，可视化输出单位力作用在待检测桥梁1不同位置的影响线识别结果。

桥梁影响线具有物理意义明确、对损伤敏感、对环境变化较不敏感等优点。监测桥梁在不同使用阶段的影响线状态及其变化趋势，对于评估桥梁服役性能具有重要意义。本发明提出一种基于移动检测车的桥梁影响线识别系统，该系统有严格的理论基础，完整的测量信息与先进的识别算法，可较好地保证该系统识别的影响线精度；实施过程对桥梁正常交通运输功能的影响小，可实施性强；设备装置可通过检测车在各待检桥梁间流动使用，一次性检测成本低；包括无线传输和车辆定位装置，使用更加方便快捷；结构简单，检测时所需的人力成本低，能够适应各种类型桥梁和各种检测环境，适于推广应用。

上述实施例仅用来进一步说明本实用新型的桥梁影响线识别系统，但本实用新型并不局限于实施例，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种桥梁影响线识别系统，其特征在于，包括：

检测车，所述检测车在待检测桥梁上移动，其车轴重与轴间距已标定；

信号采集子系统，包括车辆位置采集装置、桥梁动应变采集装置、桥梁动挠度采集装置和信号无线传输装置；所述车辆位置采集装置与所述检测车相连用于采集检测车的实时位置信号；所述桥梁动应变采集装置与所述待检测桥梁相连用于采集待检桥梁的动应变响应信号；所述桥梁动挠度采集装置与所述待检测桥梁相连用于采集待检桥梁的动挠度响应信号；所述信号无线传输装置与所述车辆位置采集装置、桥梁动应变采集装置、桥梁动挠度采集装置分别相连用于信号的无线传输；

信号处理子系统，与所述信号采集子系统相连用于接收并显示所述信号采集子系统发送的信号，进行处理后输出桥梁影响线识别结果。

2.根据权利要求1所述的桥梁影响线识别系统，其特征在于，所述车辆位置采集装置包括固定于桥外某点的参考基站、固定于车顶并随车移动的流动站和接收流动站实时位置信号的位置信号接收机，标定流动站与检测车的相对位置，采用GPS实时动态定位技术采集所述流动站与参考基站的相对位置变化，从而确定移动的检测车在桥梁的实时位置；所述信号接收机与所述无线传输装置通过数据线相连接以发送检测车在桥梁的实时位置数据。

3.根据权利要求1所述的桥梁影响线识别系统，其特征在于，所述桥梁动应变采集装置包括固定在桥梁关键截面测点的应变计和具有无线发射功能的应变采集盒，所述应变计和应变采集盒通过数据线相连接；所述应变采集盒与所述无线传输装置通过数据线相连接以发送动应变采集数据。

4.根据权利要求3所述的桥梁影响线识别系统，其特征在于，所述应变计包括振弦式应变计或光纤应变计。

5.根据权利要求1所述的桥梁影响线识别系统，其特征在于，所述桥梁动挠度采集装置包括布置在桥外不动点的光电挠度仪及固定在桥梁梁底或桥面的光源靶标，所述光电挠度仪接收并处理靶标发出的光源，所述光电挠度仪与所述无线传输装置通过数据线相连接以发送动挠度采集数据。

6.根据权利要求1所述的桥梁影响线识别系统，其特征在于，所述信号无线传输装置包括多个无线节点和一个无线基站，所述车辆位置采集装置、桥梁动应变采集装置和桥梁动挠度采集装置通过数据线分别与不同的无线节点相连接，多个无线节点的数据通过无线传输到同一个无线基站。

7.根据权利要求1所述的桥梁影响线识别系统，其特征在于，所述信号处理子系统包括：

多源信号显示装置，与所述信号无线传输装置相连，用于接收所述信号无线传输装置发送的车辆位置信号、桥梁动应变信号、桥梁动挠度信号并进行可视化处理；

影响线识别装置，与所述多源信号显示装置相连，用于根据车辆位置信号、桥梁动应变信号和桥梁动挠度信号构造影响线识别模型并优化求解；

影响线可视化装置，与所述影响线识别装置相连，用于根据所述检测车的移动路线、应变计或光源靶标的安装位置，输出单位力作用在桥梁不同位置的影响线识别结果。