[發明專利]大跨度軌道交通橋梁損傷檢測系統

無效

• 申請號: 200810038193.4
• 申請日: 2008-05-29
• 公開（公告）號: CN101281116A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發明（設計）人: 杜新光;金先龍;陳向東;李淵印;鄧榮兵
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01N19/00
• 分類號: G01N19/00;G01M7/00;G06F19/00
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種計量技術領域的橋梁檢測系統，具體是一種大跨度軌道交通橋梁損傷檢測系統。

背景技術

伴隨著科技的進步以及交通運輸需求的增長，許多軌道交通橋梁或者公路及軌道交通兩用的大跨度橋梁(如：武漢長江大橋、南京長江大橋、在建的上海市“閔浦二橋”)已經或者即將建成。這些橋梁在使用過程中，不斷受到溫度變化、強風等外界環境的侵蝕，車輛荷載、車輛沖擊的長期反復作用以及地震、洪水等自然災害的影響。隨著使用年限的增加，其結構材料不斷老化、疲勞效應不斷增加，從而導致橋梁構件出現不同程度的自然累積損傷和突然損傷，不僅會縮短使用壽命，而且還會嚴重威脅到人民生命和財產安全。長期以來，人們就意識到了對橋梁進行損傷檢測的重要性，基于振動的橋梁損傷檢測在過去幾年里得到廣泛應用和發展。

經對現有技術的文獻檢索發現，宗周紅等人在《福州大學學報》(自然科學版)2002年第2期128~152頁發表的論文“橋梁健康監測應用與研究現狀”中闡述了橋梁結構健康監測(損傷檢測)系統的定義和基本構成，總結了健康監測和損傷識別在橋梁工程中的應用情況。文中指出現有的橋梁損傷檢測系統大多通過動力指紋和模型修正等方法，根據結構幾何參數(質量、阻尼、剛度)的改變導致結構模態參數(特征頻率、模態振型及模態阻尼)的改變來進行損傷診斷的。但是，由于此類系統大多需要測量系統的輸入，并且，在試驗中測點的數量有限，模態數據不完備；再加上忽略了損傷的時變性和環境不確定性因素等影響，會造成很大誤差。因此，國內外投入使用的橋梁損傷檢測系統大部分僅限于數據采集、保存，而對于監測數據進行科學管理、建立合理橋梁評估指標和應用監測數據進行損傷檢測方面的應用明顯不足。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，采用軌道交通車輛作為激勵，建立一種大跨度軌道交通橋梁損傷檢測系統，以滿足實際需要。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括：數據采集子系統和數據處理子系統兩個子系統，其中：

數據采集子系統負責檢測軌道交通車輛通過大跨度橋梁時的振動情況，并采集動力響應信號傳輸給數據處理子系統；

數據處理子系統讀取數據采集子系統檢測到的橋梁動力響應信號，結合動力學分析計算得到的橋梁模擬動載響應信號，實現橋梁的損傷識別；通過圖形界面和數據庫技術，實現用戶對系統的操作和數據管理；另外，通過網絡技術，實現本地計算機與遠程計算機的通訊。

所述的數據采集子系統，包括：傳感器模塊、信號調理模塊、信號采集模塊，其中：

傳感器模塊采用加速度傳感器，用于測量軌道車輛通過時橋梁的垂向振動加速度，其布設方式為沿橋梁縱向中心軸線均布n個，n為大于1的自然數，這樣橋面將被劃分為n-1個標準損傷識別區域；

信號調理模塊負責將傳感器上信號進行放大、隔離、濾波等處理。

信號采集模塊通過數模轉換等功能連接信號調理模塊與計算機，并最終組成本地檢測系統。

所述的數據處理子系統，包括輔助動力學分析模塊、本地信息處理模塊和遠程信息處理模塊，其中：

輔助動力學分析模塊為本地信息處理模塊提供損傷分析時模擬動載響應信號；

本地信息處理模塊通過采用客戶機/服務器(C/S)構建的網絡模式與遠程信息處理模塊之間進行數據傳輸；

遠程信息處理模塊，采用客戶機/服務器(C/S)的網絡模式與本地信息處理模塊構建了數據遠程傳輸及存儲方案。

所述的輔助動力學分析模塊，是由基準橋梁數值模型與軌道車輛數值模型組成的耦合振動的動力學分析系統。基準橋梁數值模型根據橋梁的實際尺寸及材料參數建立，經過模態分析驗證后，符合所檢測橋梁的振動特性。車輛的數值模型是車體、轉向架和輪對等多剛體組成的多自由度的動力學系統，具有兩級懸掛和浮沉、橫擺、搖頭、點頭、測滾共有27個自由度。車輪與軌道之間的耦合作用采用三維動態接觸的方法建模，能夠模擬軌道車輛的跳軌、脫軌等現象，更加符合輪軌之間的實際接觸狀態。通過顯示積分求解，可以得到模擬橋梁動載響應信號，為橋梁損傷分析提供初始數據。

所述的遠程信息處理模塊，由遠程計算機與遠程數據庫組成，遠程計算機負責與本地信息處理模塊進行通訊，而遠程數據庫則用于存儲時間信息、車速信息、損傷診斷信息等靜態數據，以及橋梁檢測動載響應信號和模擬動載響應信號等動態數據。

所述的本地信息處理模塊：由數據顯示模塊、信號讀取模塊、數據管理模塊、模擬信號讀取與解析模塊、損傷分析模塊和遠程通訊模塊組成，其中：