[發明專利]基于無線智能節點的鋼橋疲勞壽命便攜式評估系統及方法

在審

• 申請號: 201410562432.1
• 申請日: 2014-10-17
• 公開（公告）號: CN104266921A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 都思丹;陳紅梅;沈慶宏
• 申請（專利權）人: 南京嘉視信電子有限公司;南京金曉電子信息有限公司
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32;G08C17/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種針對鋼橋結構的疲勞評估系統及方法，特別涉及一種基于無線智能節點的鋼橋疲勞壽命便攜式評估系統及方法。

背景技術

隨著整體節點正逐漸在大跨度鋼桁架橋設計中被采用，在交通荷載作用下焊接局部的疲勞問題日益引起人們的重視。疲勞破壞是焊接鋼結構失效的一種主要形式，失效破壞的特點之一是焊接鋼結構長期承受著低于材料屈服點的周期循環荷載，在一處或幾處產生局部永久性累積損傷，經一定循環次數后產生裂紋或發生完全斷裂。由于這樣的結構的破壞斷裂往往是突然性的，很少具有先期預兆性，因此帶來的損失是巨大的。

引起結構疲勞的內因是結構本身特性，外因是作用在結構上不斷變化的動荷載，要研究結構的疲勞，首先必須研究作用在結構上的荷載在結構中產生的應力。

很多情況下，作用在結構上的荷載是隨時間變化的，這種加載過程稱為荷載-時間歷程。為了記錄橋梁運營期間的荷載-時間歷程，傳統的有線檢測手段通常需要經過繁瑣的拉線、布線工作，造價昂貴，安裝極其不便，往往影響了橋梁的正常運營，很難得到橋梁正常運營階段的荷載-時間譜。另外，鋼橋桁架結構節點處，由于焊縫較多，形式多樣，有線檢測手段往往很難在這些關鍵位置部署多個測點，而且每個測點大都采用集中式數據處理技術，大量的冗余數據都會集中發送到評估中心，往往容易造成系統癱瘓。目前還缺少有效的手段能夠快速的、便捷的對鋼橋的疲勞壽命進行評估。

發明內容

針對現有技術的不足之處，本發明的目的在于提供一種基于無線智能節點的鋼橋疲勞壽命便攜式評估系統及方法，滿足安裝便捷，操作簡單，測試精度高，不影響橋梁正常運營等要求。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

本發明基于無線智能節點的鋼橋疲勞壽命便攜式評估系統，包括若干無線智能節點、基站和監控中心。

所述無線智能節點包括多個前端采集模塊、第一數據處理單元、第一無線收發器、第一高增益天線和供電單元；所述前端采集模塊包括應變計、惠斯通電橋、可調放大電路、四通道模數轉換器、可編程抗混疊濾波器和數字輸出接口；所述第一數據處理單元包括內嵌疲勞壽命評估方法的高性能處理器、大容量存儲器、輸入接口和輸出接口；所述前端采集模塊上的所述數字輸出接口與所述數據處理單元上的輸入接口連接；所述數據處理單元上的所述輸出接口與所述第一無線收發器連接；所述第一無線收發器與所述第一高增益天線連接；所述供電單元為所述多個前端采集模塊、所述第一數據處理單元和所述第一無線收發器供電。

所述基站包括若干第二高增益天線、若干第二無線收發器、第二數據處理單元和網絡轉換單元；所述第二無線收發器和所述第一無線收發器一一對應，且所述第一無線收發器通過所述第一高增益天線和所述第二高增益天線與所述第二收發器無線連接；所述第二無線收發器與所述第二數據處理單元連接；所述第二數據處理單元包括內嵌綜合疲勞壽命評估方法的高性能處理器、大容量存儲器；所述第二數據處理單元通過所述網絡轉換單元與所述監控中心網絡連接。

本發明基于無線智能節點的鋼橋疲勞壽命便攜式評估方法，包括以下步驟：

1)將若干無線智能節點布置在鋼橋易發生疲勞的若干焊接點。

2)所述無線智能節點上的前端采集模塊采集由外界環境激勵所引起的應變數據，并將應變數據去除噪聲。

3)所述無線智能節點上的第一數據處理單元將步驟2)濾波后得到的所述應變數據轉換為應力歷程。

4)所述無線智能節點上的第一數據處理單元，利用雨流計數法計算外界環境激勵下的應力幅和其對應的循環次數。

5)所述無線智能節點上的第一數據處理單元，利用數學統計分析，確定外界環境激勵下的日均標準應力譜。

6)所述無線智能節點上的第一數據處理單元根據對應焊接節點細節，確定焊接節點的標準S-N曲線。

7)所述無線智能節點上的第一數據處理單元利用Miner準則計算焊接節點的疲勞壽命，得到評估結果。

8)每個所述無線智能節點將步驟7)得到的所述評估結果通過無線發送至基站，所述基站綜合全部所述評估結果對整個橋梁進行疲勞壽命評估，并將所述評估結果通過網絡傳送至監控中心。

與現有技術相比，本發明具有的有益效果是：