[发明专利]一种基于物联网技术的远程桥梁结构监测预警方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种远程桥梁结构监测预警方法。

背景技术

桥梁建设和维护是一个国家基础设施的重要组成部分，在国家建设和人民生活中发挥着重要作用，桥梁结构的安全性与耐久性受到人们的高度重视，在现代桥梁工程领域中有关大型桥梁的健康监测、安全评估以及寿命预测等问题已经成为当前桥梁工程界和民用公益工程领域的一个新的热点技术。

由于桥梁工程结构的特殊性，其一旦建成投入使用后，除了材料自身性能会不断退化、老化外，还会受到车辆、风、地震、疲劳、超载、人为等因素作用，从而导致结构或构件有不同程度的自然损伤和突然损伤。在美国，至少两年要对约57.5万座桥梁进行一次检测，据FHA（Federal Highway Administration）统计约40%的桥梁存在缺陷；1990年英国运输部抽样调查过200座混凝土公路桥，调查结果表明大约30%的桥梁运营条件不良；至2006年末，我国已经拥有公路桥梁53.36万座，但是我国公路桥梁安全隐患问题尤为突出。在2007年至2011年5年间，全国已经有至少17座大桥发生垮塌事故，共造成200余人伤亡。仅2011年出现的大桥垮塌事故就有9起之多。

一系列令人触目惊心的桥梁坍塌事故，提醒我们必须要高度重视桥梁的健康检测与安全评估，及危桥的损伤检测和监控，争取消除隐患。所以对桥梁健康状况进行监测和评价，掌握其健康状况是有非常重要的意义。桥梁结构的监测也就成为桥梁结构安全养护和保障正常使用的主要技术手段。

传统的桥梁结构检测主要存在如下问题：

⑴只能做定期检测，只能确定桥梁当时的健康状态，不能够保证在有效保障期间内的桥梁安全使用。例如：美国密西西比河大桥虽然于2005和2006年分别进行过检查，当时并没有发现任何结构性的安全隐患，但还是在2007年发生了垮塌。因此，需要对桥梁做出实时数据监测。

⑵数据传输均采用有线电缆方式完成，线路布设复杂，接线繁琐，安装造价高，后期的线缆维护所耗的时间和精力巨大，应用上有较大局限性；监测传输距离太远，对桥梁监测中的很多传感器微弱信号造成数据失真；采集速度慢，数据接口和系统整合能力差；这种串行集中式监测系统很大程度上影响系统的处理速度、系统的可靠性和灵活性，不能做到实时监测，数据缺乏真实性。因此，需要对桥梁做出无线的数据监测。

⑶只能进行现场荷载试验检测，同时需要封闭交通，影响正常的交通运行。因此，需要安装具有无线、远程传输的传感器节点，将现场应变、挠度等值进行远程、无线、实时的传输，传输给监控中心。

发明内容

基于以上传统桥梁结构检测方式出现的各个问题，本发明提供一种基于物联网技术的远程桥梁结构监测预警方法，根据混沌理论，对监测数据进行分析，对桥梁未来工作状态进行预测评估，实现预警，为进一步的维护管理提供正确的决策，为桥梁结构健康监测提供了新的解决方案。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于物联网技术的远程桥梁结构监测预警方法，所述预警方法包括以下步骤：

1）建立桥梁模型：

对于桥梁的动力平衡方程简化为：

EI∂4u∂x4+mu··=p(x,t)---(1)]]>

其中，u为梁的动挠度，EI为梁的挠度刚度，为一个常数，m是梁单位长度上的质量，x为距离左侧支点位置，p(x,t)为动荷载，设梁相应振型函数为引入广义坐标q_n(t)，应用振型叠加方法，梁在强迫振动下的动挠度u(x,t)表示为振型级数形式：