一種橋梁結構撓度線形測量裝置和方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于橋梁結構測量技術領域，涉及一種橋梁結構撓度線形測量裝置和方 法。
【背景技術】
[0002] 橋梁檢測及健康監測過程中，橋梁的撓度是橋梁結構在強度、剛度、穩定性三大關 鍵問題上都非常關注的重要參數，對評價橋梁結構的長期和瞬態運營狀態，檢驗橋梁的真 實受力特性具有重要的理論價值，因此，撓度測量的精度及準確性顯得至關重要。在這種需 求下，國內外研究人員發展了許多新的撓度測量方法，其中具有代表性的有：百分表法、連 通管法、水準儀法、GPS撓度測量法、激光法。它們都不同程度地存在著一些問題和不足：成 本高、精度低；維護困難、不適于長期使用；使用條件苛刻、實用性不強；準備時間過長，安 裝不大方便。因此，方便、有效、科學的橋梁結構動態參數測量一直是橋梁界亟需發展和研 究的技術。目前橋梁撓度線形（即橋梁在豎直方向上的彎曲曲線）經常應用在新橋驗收、 現存橋梁的維護、例行檢測等的測量上。目前大多數測量橋梁撓度線形的方法都是先測量 離散點的撓度，再對測量點進行擬合，擬合的平滑度與測量點的數量直接相關。在現有撓度 測量技術中，對一座橋梁的撓度測量限于測量時間的限制和操作的方便性，一般只對少數 點進行測量，然后進行粗糙擬合的方法進行，不能很好的重現橋梁的連續撓度線形。因此， 設計出橋梁撓度線形快速測量裝置，對橋梁撓度進行更精細的擬合，具有重要的理論意義 和實用價值。
【發明內容】
[0003] 針對上述現有技術中存在的問題或缺陷，本發明的目的在于，提供一種操作簡單 且計算精度高的橋梁結構撓度線形測量裝置和方法。
[0004] 為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：
[0005] -種橋梁結構撓度線形測量裝置，包括測試小車，所述測試小車上安裝有傾角測 量模塊，所述傾角測量模塊連接濾波電路，所述濾波電路通過A/D轉換器與信息處理模塊 連接，所述信息處理模塊連接存儲單元；
[0006] 所述測試小車底面的四個角上分別安裝一個位移傳感器，每個所述位移傳感器均 連接所述信息處理模塊；
[0007] 所述測試小車的車輪上安裝有位移測量裝置，所述位移測量裝置與信息處理模塊 連接。
[0008] 具體地，所述傾角測量模塊包括水平傾角傳感器和垂直傾角傳感器，二者正交設 置。
[0009] -種橋梁結構撓度線形測量方法，具體包括以下步驟：
[0010] 步驟1:位移測量裝置發送脈沖到信息處理模塊，信息處理模塊計算測試小車移 動距離，若移動距離達到設定值L，則信息處理模塊向傾角測量模塊和各個位移傳感器發 送觸發信號；
[0011] 步驟2 :傾角測量模塊接收到信息處理模塊發送的觸發信號，對各測點的夾角數 據進行采集，測得第i個測點的X軸傾角aix和Y軸傾角aix,i= 1，2, 3,…，n，并將角度 信息發送到信息處理模塊中；
[0012] 步驟3 :各個位移傳感器接收到信息處理模塊發送的觸發信號，測得測試小車運 行到各個測點的四個角與橋面的距離，第i個測點的四個角與橋面的距離為Hu、Hl2、Hl3、 H14;并將距離信息傳送到信息處理模塊；
[0013] 步驟4 :信息處理模塊對步驟2得到的X軸角度alx和Y軸角度aly進行處理，得 到第i個測點測試小車與水平面的夾角a11;信息處理模塊對步驟3得到的距離信息Hu、 Hl2、Hl3、H14進行處理，得到測試小車與其沿橋面行駛方向的夾角a12;根據au和a12得到 第i個測點相對于第i_l個測點的垂直位移AH1;
[0014] 步驟5 :利用步驟4得到的H11利用修正梯度均值濾波法求得各個測點在二維坐標 系中的位置（Xl，Y1)，利用最小二乘法對測點位置進行擬合得到橋梁線性，通過與橋梁施工 圖測點位置進行比對，得到橋梁撓度變形值；同時，在不同時間段測量橋梁撓度線形圖，對 同一位置的變形進行比較，即可判斷該位置是否存在撓度變化，是否需要進行檢修。
[0015] 進一步地，所述的步驟4中：
[0026] 其中，ai表示第i個測點橋面與水平面的傾角i= 2, 3,…，n;AH1表示第i個測 點相對于第i_l個測點的垂直位移為AH1,Hni表示第m個測點相對于起始測點的豎直位移 Hm〇
[0027] 進一步地，所述的步驟5的具體實現方法如下：
[0028] 步驟5. 1:求算數平均值Ak
[0029] 根據步驟4得到AH1，以初始點AH1為起點，取AHi的前5個數值：SPAHpAH2、 AH3、AH4、AH5，去掉其中的最大值和最小值，將剩余的3個值求其算術平均值，記為Ak;
[0030] 步驟5. 2:根據Ak確定置信區間
[0035] 步驟5. 3:判斷A&是否為干擾信號或拐點，并進行修正；
[0036] (1)判斷A&是否為干擾信號，若AH6是干擾信號，將其修正，若不是干擾信號， 則不作修正；
[0037] 具體判斷方法為：當AH6不屬于步驟5. 2中的置信區間時，可認為AH6S干擾信 號；
[0049] (2)判斷AHf^應的第6個測點是否為拐點，若是拐點，則不作修正，若不是拐點， 則進行修正；
[0050] 具體判斷方法為：利用AH7，若AH6*AH7S0,認為第6個測點為拐點；若 AH6 ?AH7〈0,認為第6個測點不是拐點，而是干擾信號；
[0051] 具體修正方法如下：
[0052] 當AH6 ?Ak〈0時，有以下幾種情況：
[0061] 對于j，1，n，p，可認為AHM應測點為拐點，無需修正；對于i，〇,可認為AH6F 是拐點，修正為Ak;對于k，m，可認為AH1F是拐點，修正為0 ;
[0062] 步驟5. 4 :根據AH6是否為拐點選擇新的起點和待處理數據
[0063] 若AH6對應的測點不是拐點，序列前移，進一步處理下一個數據，即用AH2、AH3、 AH4、AH5、AH6替換AHpAH2、AH3、AH4、AH5，返回步驟5. 1處理A屮;若AH6對應的測 點是拐點，則用八116、八117、八比、八119、八11 1。替換八111、八112、八113、八114、八11 5，返回步驟5.1 處理AH11,以此類推，直到處理完步驟4采集的所有的AH1，最終得到修正后的第i個測 點相對于第i_l個測點的垂直位移為AH'i，由此可得第m個測點在二維坐標系中的位置 (xn，yn)，其中：
[0066] 其中，初始點（xQ，y。）= (0,0);
[0067] 步驟5. 5 :通過最小二乘法對步驟5. 4修正后得到的各點（X1, yi)(1彡i彡n)擬 合，得到擬合曲線方程為：
[0068] y*= c (^c1X+...+CkXk
[0069] 其中，c。、C1、…、Ck為待定系數；
[0070] 利用最小二乘法求解待定系數c。、C1、…、Ck，所述最小二乘法的方程式為：
[0072]由此可求得系數c。、C1、…、Ck的值，階數k的選擇需滿足：
[0074] 與現有技術相比，本發明具有以下技術效果：
[0075] 1、本發明采用測試小車進行橋梁撓度測量，本發明的裝置無需固定安裝在橋梁 上，設備簡單，易于實現，性價比高，操作方便，能夠快速、客觀、智能化地感測與重現橋梁撓 度線形。
[0076] 2、采用位