[發明專利]一種基于三彎矩方程的高鐵橋梁動撓度監測方法

在審

• 申請號: 202011080490.2
• 申請日: 2020-10-10
• 公開（公告）號: CN112033344A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 萬闖;王川;梅婷;李欣澄
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01B21/32
• 分類號: G01B21/32
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

本發明記載一種基于三彎矩方程的橋梁動撓度監測方法，屬于橋梁工程健康監測領域，具體方案包括以下步驟：步驟一、在高鐵橋梁上布設n個傾角儀傳感器，并提取原始信號；步驟二、通過切比雪夫低通濾波器對傳回的傾角儀原始信號進行除噪，得到轉角數據；步驟三、將轉角數據傳入三彎矩方程算法，計算高鐵橋梁的撓度曲線。本發明基于傾角儀測得的橋梁轉角信號，通過三彎矩方程算法進行擬合，再積分計算高鐵橋梁的撓度曲線，能夠達到實時在線監測高鐵橋梁動撓度的效果，為高鐵橋梁的健康檢測系統提供有力的支撐。

技術領域

本發明屬于高鐵橋梁工程健康監測領域，具體涉及到一種基于三彎矩方程的高鐵橋梁動撓度監測方法。

背景技術

截止到目前為止，高鐵橋梁動撓度監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境、儀器精度等限制的問題，但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。

發明內容

本發明的目的是為了解決高鐵橋梁在撓度測量過程中受環境、儀器精度等限制的問題，提供一種基于三彎矩方程的高鐵橋梁動撓度監測方法，通過三彎矩方程算法，利用傾角儀間接測量高鐵橋梁的撓度。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

步驟一、在高鐵橋梁上布設n個傾角儀傳感器，并提取原始信號；

步驟二、通過切比雪夫低通濾波器對傳回的傾角儀原始信號進行除噪，得到轉角數據；

步驟三、將轉角數據傳入三彎矩方程算法，計算高鐵橋梁的撓度曲線。

相比于現有技術，本發明具有如下優點：

本發明利用橋梁的轉角和彎矩之間滿足的積分關系以及橋梁的連續性條件，對轉角曲線進行包含彎矩的分段三次樣條插值，并計算轉角曲線，再通過轉角-撓度之間的微分關系，計算橋梁的撓度曲線，由于插值算法本身缺少邊界條件，而高鐵橋梁本身即可簡化為簡支梁，在支座處彎矩值為零，因此這種方法不僅利用了梁的轉角-撓度微分關系和彎矩對撓度的影響，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，物理概念清晰。，本發明基于傾角儀測得的橋梁轉角信號，通過三彎矩方程算法進行擬合，再積分計算高鐵橋梁的撓度曲線，能夠達到實時在線監測高鐵橋梁動撓度的效果，為高鐵橋梁的健康檢測系統提供有力的支撐。

附圖說明

圖1：簡支梁共軛梁的荷載分布；

圖2：實際梁橋模型；

圖3：實際梁橋模型在工況1.0情況下的加載情況；

圖4：(a)～(c)分別為跨中加載0.8級、1.0級、1.1級荷載理論模型試驗結果；

圖5：傾角儀布設示意圖；

圖6：本發明方法和百分表(位移計)分別對高鐵橋梁在不同工況下的動撓度的實測結果；(a)為0.80級工況下的實測結果；(b)為1.05級工況下的實測結果；(c)為1.10級工況下的實測結果；(d)為1.20級工況下的實測結果。

具體實施方式

下面結合附圖1-6對本發明的技術方案作進一步的說明，但并不局限于此，凡是對本發明技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的范圍，均應涵蓋在本發明的保護范圍中。

具體實施方式一