[發(fā)明專利]一種基于傾角儀間接測量高鐵橋梁動撓度的方法

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• 申請日: 2020-10-10
• 公開（公告）號: CN112229587A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發(fā)明（設計）人: 王川;李欣澄;萬闖;梅婷
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: G01M5/00
• 分類號: G01M5/00;G01C9/00;G06F17/13
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

本發(fā)明提出了一種基于傾角儀間接測量高鐵橋梁動撓度的方法，運用高鐵橋梁在小變形下的撓曲線微分關系以及新的插值算法，利用高鐵橋梁傾角儀傳感器的監(jiān)測信息，實現(xiàn)了對橋梁動撓度進行實時監(jiān)控。結合鹽通線高鐵標準梁的轉角?撓度數(shù)據(jù)，通過算法進行誤差分析，證明了分段三次樣條插值法在測量高鐵橋梁動撓度上的有效性。本發(fā)明是一種間接有效的橋梁動撓度監(jiān)測方法，經(jīng)濟高效，因為其彌補了傳統(tǒng)方法如直接用百分表，拉桿位移傳感器，激光干涉儀法等儀器測量橋梁撓度的不足，適合于復雜地質條件下，測量高速鐵路橋梁撓度，為高鐵橋梁健康檢測系統(tǒng)提供撓度數(shù)據(jù)。

技術領域

本發(fā)明屬于橋梁工程健康監(jiān)測領域，具體涉及到一種基于傾角儀間接測量高鐵橋梁動撓度的方法。

背景技術

截止到目前為止，橋梁動撓度監(jiān)測一直沒有通用的方法，如拉線式位移計測量動撓度受限于橋下有水或者橋下凈空較高的橋梁；而激光法只能測量離橋頭比較近的橋梁；GPS測量法的測試精度最多只能達到厘米級別，不能滿足測試精度要求。

因此，如何測試橫跨大江河等復雜地質條件下的高速鐵路橋梁動撓度是個急待解決的難題，而傾角儀傳感器具有精度高，體積小，便于布設，不需要靜止的參考點等特點，能夠解決橋梁撓度測量過程中受環(huán)境、儀器精度等限制的問題，計算撓度的算法好壞也直接影響著高鐵橋梁撓度的測量結果，因此，本發(fā)明提供了一種利用橋梁轉角間接測量高鐵橋梁動撓度的新方法——分段三次樣條插值法。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是為了解決高鐵橋梁在撓度測量過程中受環(huán)境、儀器精度等限制的問題，提供一種基于傾角儀間接測量高鐵橋梁動撓度的方法，通過分段三次樣條插值算法，利用傾角儀間接測量高鐵橋梁的撓度。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一種基于傾角儀間接測量高鐵橋梁動撓度的方法，所述方法包括以下步驟：

步驟一：根據(jù)實際高鐵橋梁布設m排n列傾角儀傳感器，提取原始轉角信號；

步驟二：通過巴特沃斯低通濾波器濾去原始轉角信號的干擾信號，得到高鐵橋梁的轉角數(shù)據(jù)；

步驟三：將傾角儀傳感器的布置位置和其提取到的轉角數(shù)據(jù)作為輸入，通過分段三次樣條插值算法計算每兩個傾角儀傳感器之間的撓度曲線，并繪制高鐵橋梁整體的撓度曲線。

相比于現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

傳統(tǒng)測量方法是通過先擬合轉角曲線，再通過對轉角曲線進行積分得到橋梁的撓度曲線，未充分考慮和利用高鐵梁是簡支梁這一特性，實際應用過程中，效果較差。

本發(fā)明通過直接對撓度曲線進行分段三次樣條插值，再利用轉角—撓度之間的微分關系，將對梁撓度插值轉化為對梁的轉角進行插值，由于插值算法本身缺少邊界條件，而高鐵橋梁本身即為簡支梁，在支座處撓度值為零，因此這種方法不僅利用了梁的轉角—撓度微分關系，還考慮了實際高鐵橋梁的結構特性，確定了插值算法的邊界條件，使得這種插值算法在理論上具有很好的應用效果，本發(fā)明基于傾角儀測得的橋梁轉角信號，通過分段三次樣條新的插值算法，計算高鐵橋梁的撓度曲線，能夠達到實時在線監(jiān)測高鐵橋梁動撓度的效果，經(jīng)濟高效，彌補了傳統(tǒng)方法如直接用百分表，拉桿位移傳感器，激光干涉儀法等儀器測量橋梁撓度的不足，適合于復雜地質條件下，測量高速鐵路橋梁撓度，為高鐵橋梁的健康檢測系統(tǒng)提供有力的支撐。

附圖說明

圖1：簡支梁受力示意圖；

圖2：分段三次樣條插值算法示意圖；

圖3：傾角儀布設示意圖；

圖4：(a)為傾角儀原始轉角信號，(b)為通過巴特沃斯低通濾波器除去噪聲后的傾角儀信號；