[發(fā)明專利]大跨度軌道交通橋梁損傷檢測(cè)系統(tǒng)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810038193.4
• 申請(qǐng)日: 2008-05-29
• 公開（公告）號(hào): CN101281116A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜新光;金先龍;陳向東;李淵印;鄧榮兵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N19/00
• 分類號(hào): G01N19/00;G01M7/00;G06F19/00
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域的橋梁檢測(cè)系統(tǒng)，具體是一種大跨度軌道交通橋梁損傷檢測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

伴隨著科技的進(jìn)步以及交通運(yùn)輸需求的增長(zhǎng)，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(zhǎng)江大橋、南京長(zhǎng)江大橋、在建的上海市“閔浦二橋”)已經(jīng)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(qiáng)風(fēng)等外界環(huán)境的侵蝕，車輛荷載、車輛沖擊的長(zhǎng)期反復(fù)作用以及地震、洪水等自然災(zāi)害的影響。隨著使用年限的增加，其結(jié)構(gòu)材料不斷老化、疲勞效應(yīng)不斷增加，從而導(dǎo)致橋梁構(gòu)件出現(xiàn)不同程度的自然累積損傷和突然損傷，不僅會(huì)縮短使用壽命，而且還會(huì)嚴(yán)重威脅到人民生命和財(cái)產(chǎn)安全。長(zhǎng)期以來，人們就意識(shí)到了對(duì)橋梁進(jìn)行損傷檢測(cè)的重要性，基于振動(dòng)的橋梁損傷檢測(cè)在過去幾年里得到廣泛應(yīng)用和發(fā)展。

經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，宗周紅等人在《福州大學(xué)學(xué)報(bào)》(自然科學(xué)版)2002年第2期128~152頁(yè)發(fā)表的論文“橋梁健康監(jiān)測(cè)應(yīng)用與研究現(xiàn)狀”中闡述了橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)(損傷檢測(cè))系統(tǒng)的定義和基本構(gòu)成，總結(jié)了健康監(jiān)測(cè)和損傷識(shí)別在橋梁工程中的應(yīng)用情況。文中指出現(xiàn)有的橋梁損傷檢測(cè)系統(tǒng)大多通過動(dòng)力指紋和模型修正等方法，根據(jù)結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)(質(zhì)量、阻尼、剛度)的改變導(dǎo)致結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)(特征頻率、模態(tài)振型及模態(tài)阻尼)的改變來進(jìn)行損傷診斷的。但是，由于此類系統(tǒng)大多需要測(cè)量系統(tǒng)的輸入，并且，在試驗(yàn)中測(cè)點(diǎn)的數(shù)量有限，模態(tài)數(shù)據(jù)不完備；再加上忽略了損傷的時(shí)變性和環(huán)境不確定性因素等影響，會(huì)造成很大誤差。因此，國(guó)內(nèi)外投入使用的橋梁損傷檢測(cè)系統(tǒng)大部分僅限于數(shù)據(jù)采集、保存，而對(duì)于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)管理、建立合理橋梁評(píng)估指標(biāo)和應(yīng)用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行損傷檢測(cè)方面的應(yīng)用明顯不足。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，采用軌道交通車輛作為激勵(lì)，建立一種大跨度軌道交通橋梁損傷檢測(cè)系統(tǒng)，以滿足實(shí)際需要。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括：數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)兩個(gè)子系統(tǒng)，其中：

數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)負(fù)責(zé)檢測(cè)軌道交通車輛通過大跨度橋梁時(shí)的振動(dòng)情況，并采集動(dòng)力響應(yīng)信號(hào)傳輸給數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)；

數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)檢測(cè)到的橋梁動(dòng)力響應(yīng)信號(hào)，結(jié)合動(dòng)力學(xué)分析計(jì)算得到的橋梁模擬動(dòng)載響應(yīng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)橋梁的損傷識(shí)別；通過圖形界面和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)系統(tǒng)的操作和數(shù)據(jù)管理；另外，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)本地計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的通訊。

所述的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，包括：傳感器模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、信號(hào)采集模塊，其中：

傳感器模塊采用加速度傳感器，用于測(cè)量軌道車輛通過時(shí)橋梁的垂向振動(dòng)加速度，其布設(shè)方式為沿橋梁縱向中心軸線均布n個(gè)，n為大于1的自然數(shù)，這樣橋面將被劃分為n-1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)損傷識(shí)別區(qū)域；

信號(hào)調(diào)理模塊負(fù)責(zé)將傳感器上信號(hào)進(jìn)行放大、隔離、濾波等處理。

信號(hào)采集模塊通過數(shù)模轉(zhuǎn)換等功能連接信號(hào)調(diào)理模塊與計(jì)算機(jī)，并最終組成本地檢測(cè)系統(tǒng)。

所述的數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，包括輔助動(dòng)力學(xué)分析模塊、本地信息處理模塊和遠(yuǎn)程信息處理模塊，其中：

輔助動(dòng)力學(xué)分析模塊為本地信息處理模塊提供損傷分析時(shí)模擬動(dòng)載響應(yīng)信號(hào)；

本地信息處理模塊通過采用客戶機(jī)/服務(wù)器(C/S)構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)模式與遠(yuǎn)程信息處理模塊之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；

遠(yuǎn)程信息處理模塊，采用客戶機(jī)/服務(wù)器(C/S)的網(wǎng)絡(luò)模式與本地信息處理模塊構(gòu)建了數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸及存儲(chǔ)方案。

所述的輔助動(dòng)力學(xué)分析模塊，是由基準(zhǔn)橋梁數(shù)值模型與軌道車輛數(shù)值模型組成的耦合振動(dòng)的動(dòng)力學(xué)分析系統(tǒng)。基準(zhǔn)橋梁數(shù)值模型根據(jù)橋梁的實(shí)際尺寸及材料參數(shù)建立，經(jīng)過模態(tài)分析驗(yàn)證后，符合所檢測(cè)橋梁的振動(dòng)特性。車輛的數(shù)值模型是車體、轉(zhuǎn)向架和輪對(duì)等多剛體組成的多自由度的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，具有兩級(jí)懸掛和浮沉、橫擺、搖頭、點(diǎn)頭、測(cè)滾共有27個(gè)自由度。車輪與軌道之間的耦合作用采用三維動(dòng)態(tài)接觸的方法建模，能夠模擬軌道車輛的跳軌、脫軌等現(xiàn)象，更加符合輪軌之間的實(shí)際接觸狀態(tài)。通過顯示積分求解，可以得到模擬橋梁動(dòng)載響應(yīng)信號(hào)，為橋梁損傷分析提供初始數(shù)據(jù)。

所述的遠(yuǎn)程信息處理模塊，由遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)組成，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)與本地信息處理模塊進(jìn)行通訊，而遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)則用于存儲(chǔ)時(shí)間信息、車速信息、損傷診斷信息等靜態(tài)數(shù)據(jù)，以及橋梁檢測(cè)動(dòng)載響應(yīng)信號(hào)和模擬動(dòng)載響應(yīng)信號(hào)等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。

所述的本地信息處理模塊：由數(shù)據(jù)顯示模塊、信號(hào)讀取模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、模擬信號(hào)讀取與解析模塊、損傷分析模塊和遠(yuǎn)程通訊模塊組成，其中：