[发明专利]一种倾角传感器测量桥梁挠度的误差分析方法

说明书

本发明公开了一种倾角传感器测量桥梁挠度的误差分析方法，根据倾角传感器测量挠度的原理，选择最易使用、最方便推广的挠度计算模型——分段叠加模型，并以此模型为基础对该测量方法的误差进行研究。根据挠度计算模型确定测量误差的两个来源：分段误差与倾角传感器测角精度。为了综合计算两个误差来源对最终挠度测量误差的影响，利用蒙特卡洛法对不同分段数下，考虑倾角测量精度后的简支梁跨中挠度测量值进行抽样分布分析，得出挠度测量值分布的均值、标准差、95％概率置信区间等，对误差进行判定。根据得出的不同分段情况下使用不同测角精度传感器的误差结果，指出不同工况中适用的传感器精度和分段布置方法。

技术领域

本发明涉及桥梁健康监测技技术领域，具体涉及一种倾角传感器测量桥梁挠度的误差分析方法。

背景技术

桥梁的挠度是评判其运营健康状态的一项重要指标数据，需要定期对其进行测量。目前国内外应用于桥梁挠度的测量方法有许多种，常见的有百分表测量法、精密水准仪测量法、全站仪测量法、连通管测量法、光电成像法等。近年来，许多桥梁工作者提出了一些新的挠度测试方法，其中基于倾角传感器的方法区别于传统的测量方法，具有量程大、安装方便和操作与后期处理简单，易于实现的优点，对于静态与动态的挠度皆可测量，根据目前在工程中应用的结果来看，精度亦可满足工程要求。

近年来，国内有数名学者对该方法进行了研究，也进行了一些实验实地测量，但目前仍并未得到广泛应用。其中何先龙提出了离散正交多项式函数组构成的数学模型来测试梁式桥梁的挠度和转角的方法；同时，他提出基于简单的离散正交正弦和余弦函数建立用于逼近复杂结构桥梁挠度曲线函数的数学模型。杨学山等人提出通过在待测桥梁上布置n个倾角传感器可以测得n个点的倾角与斜率。并可通过分段曲线拟合或者最小二乘法拟合的方法得到挠曲线。徐攀提出了三次样条曲线拟合挠度曲线的方法。他指出样条函数在稳定性、计算精度和在运算量方面，与拉格朗日插值和牛顿插值相比具有优越性：它克服了拉格朗日插值可能出现的Runge现象，曲线具有较好的整体光滑性。徐金峰提出了对挠度曲线采用有理三次样条拟合模型，通过算例使用以前QY倾角传感器测量桥梁挠度的计算结果，与其提出的方法计算的结果进行了对比分析，并且在钢筋混凝土三跨连续T型桥和连续刚构桥进行了ANSYS建模计算，得出其方法计算在静载作用下，测量桥梁挠度具有比较好的可靠性。

虽然针对倾角传感器测量桥梁挠度的方法，许多专家与学者都提出了各种不同的拟合模型，但是，这些模型中都没有考虑倾角传感器自身精度对测量结果的影响，对该方法的测量精度没有系统的标准。同时，一些模型过于复杂，不利于现场直接得到结果，不利于该方法的普及，并且结果并非特别精确。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种倾角传感器测量桥梁挠度的误差分析方法。倾角传感器监测桥梁的挠度是一种间接测试方法，需要对倾角传感器感应到的转角进行转换后才能得到挠度。因此，此方法的测量精度受到多方面的影响，需要对其进行系统研究，对进行测量的倾角传感器精度的选择有一个标准，才便于该方法的推广使用。本发明即是对该方法的测量误差的一种分析方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种倾角传感器测量桥梁挠度的误差分析方法，包括如下步骤：

S1、计算需分析桥梁的理论挠度。对于复杂结构桥梁，使用有限元计算软件对桥梁挠度进行计算，一般使用的有限元计算软件是Midas civil或ANSYS。对桥梁各个单元的挠度进行计算，得到散点的挠度值，并将各挠度计算结果进行储存。

S2、将步骤S1中各单元挠度计算结果导入Matlab的Curving Fitting工具箱中存储，然后对散点挠度值进行曲线拟合，得到拟合曲线函数F(x)，而根据材料力学知识，桥梁的转角函数f(x)＝F′(x)，进一步得到桥梁的理论转角函数f(x)。