[发明专利]大跨度轨道交通桥梁损伤检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种计量技术领域的桥梁检测系统，具体是一种大跨度轨道交通桥梁损伤检测系统。

背景技术

伴随着科技的进步以及交通运输需求的增长，许多轨道交通桥梁或者公路及轨道交通两用的大跨度桥梁(如：武汉长江大桥、南京长江大桥、在建的上海市“闵浦二桥”)已经或者即将建成。这些桥梁在使用过程中，不断受到温度变化、强风等外界环境的侵蚀，车辆荷载、车辆冲击的长期反复作用以及地震、洪水等自然灾害的影响。随着使用年限的增加，其结构材料不断老化、疲劳效应不断增加，从而导致桥梁构件出现不同程度的自然累积损伤和突然损伤，不仅会缩短使用寿命，而且还会严重威胁到人民生命和财产安全。长期以来，人们就意识到了对桥梁进行损伤检测的重要性，基于振动的桥梁损伤检测在过去几年里得到广泛应用和发展。

经对现有技术的文献检索发现，宗周红等人在《福州大学学报》(自然科学版)2002年第2期128~152页发表的论文“桥梁健康监测应用与研究现状”中阐述了桥梁结构健康监测(损伤检测)系统的定义和基本构成，总结了健康监测和损伤识别在桥梁工程中的应用情况。文中指出现有的桥梁损伤检测系统大多通过动力指纹和模型修正等方法，根据结构几何参数(质量、阻尼、刚度)的改变导致结构模态参数(特征频率、模态振型及模态阻尼)的改变来进行损伤诊断的。但是，由于此类系统大多需要测量系统的输入，并且，在试验中测点的数量有限，模态数据不完备；再加上忽略了损伤的时变性和环境不确定性因素等影响，会造成很大误差。因此，国内外投入使用的桥梁损伤检测系统大部分仅限于数据采集、保存，而对于监测数据进行科学管理、建立合理桥梁评估指标和应用监测数据进行损伤检测方面的应用明显不足。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，采用轨道交通车辆作为激励，建立一种大跨度轨道交通桥梁损伤检测系统，以满足实际需要。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：数据采集子系统和数据处理子系统两个子系统，其中：

数据采集子系统负责检测轨道交通车辆通过大跨度桥梁时的振动情况，并采集动力响应信号传输给数据处理子系统；

数据处理子系统读取数据采集子系统检测到的桥梁动力响应信号，结合动力学分析计算得到的桥梁模拟动载响应信号，实现桥梁的损伤识别；通过图形界面和数据库技术，实现用户对系统的操作和数据管理；另外，通过网络技术，实现本地计算机与远程计算机的通讯。

所述的数据采集子系统，包括：传感器模块、信号调理模块、信号采集模块，其中：

传感器模块采用加速度传感器，用于测量轨道车辆通过时桥梁的垂向振动加速度，其布设方式为沿桥梁纵向中心轴线均布n个，n为大于1的自然数，这样桥面将被划分为n-1个标准损伤识别区域；

信号调理模块负责将传感器上信号进行放大、隔离、滤波等处理。

信号采集模块通过数模转换等功能连接信号调理模块与计算机，并最终组成本地检测系统。

所述的数据处理子系统，包括辅助动力学分析模块、本地信息处理模块和远程信息处理模块，其中：

辅助动力学分析模块为本地信息处理模块提供损伤分析时模拟动载响应信号；

本地信息处理模块通过采用客户机/服务器(C/S)构建的网络模式与远程信息处理模块之间进行数据传输；

远程信息处理模块，采用客户机/服务器(C/S)的网络模式与本地信息处理模块构建了数据远程传输及存储方案。

所述的辅助动力学分析模块，是由基准桥梁数值模型与轨道车辆数值模型组成的耦合振动的动力学分析系统。基准桥梁数值模型根据桥梁的实际尺寸及材料参数建立，经过模态分析验证后，符合所检测桥梁的振动特性。车辆的数值模型是车体、转向架和轮对等多刚体组成的多自由度的动力学系统，具有两级悬挂和浮沉、横摆、摇头、点头、测滚共有27个自由度。车轮与轨道之间的耦合作用采用三维动态接触的方法建模，能够模拟轨道车辆的跳轨、脱轨等现象，更加符合轮轨之间的实际接触状态。通过显示积分求解，可以得到模拟桥梁动载响应信号，为桥梁损伤分析提供初始数据。

所述的远程信息处理模块，由远程计算机与远程数据库组成，远程计算机负责与本地信息处理模块进行通讯，而远程数据库则用于存储时间信息、车速信息、损伤诊断信息等静态数据，以及桥梁检测动载响应信号和模拟动载响应信号等动态数据。

所述的本地信息处理模块：由数据显示模块、信号读取模块、数据管理模块、模拟信号读取与解析模块、损伤分析模块和远程通讯模块组成，其中：