[发明专利]上承式拱桥的数据采集系统及变形分布识别方法和设备

说明书

本发明公开了一种上承式拱桥的数据采集系统及变形分布识别方法和设备，该数据采集系统包括长标距FBG传感器，且所述传感器布置在沿桥长方向的拱圈结构四分点附近、结构立柱及两立柱中间附近的拱圈截面的顶部和底部。该识别方法基于所述数据采集系统，对采集的传感器数据进行处理，分离监测的耦合应变数据，最终通过曲率荷载法识别拱桥的变形分布。本发明根据单元截面应变分布以及纵桥向单元应变分布特点确定传感器布置方案，实现对拱桥的有效分布监测，同时又通过拱桥的复杂应力分析建立基于曲率变化的拱桥变形分布识别方法，不仅可有效、快捷地完成大跨度上承式拱桥的变形监测任务，同时有望推广应用于工程实际，带来巨大的经济效益和社会效益。

技术领域

本发明涉及桥梁监测领域，尤其涉及一种上承式拱桥的数据采集系统及变形分布识别方法和设备，可实现对复杂应力下上承式拱桥的变形分布识别。

背景技术

桥梁挠度是桥梁安全评价的一个重要指标。目前用于桥梁挠度测量的方法主要有使用全站仪、GPS、拉线式位移计等监测设备的直接测量法，但是此类方法受地理位置、气候等因素影响较大。以GPS技术为例，该技术虽具有高效、自动、高精度和全天候操作等优势，但受限于采样频率、卫星覆盖范围、环境条件和数据处理方法等诸多因素的影响导致测量结果无法满足要求。近年来国内外发展了多种间接获取结构变形的方法，最为常见的是利用二次积分法计算和利用应变片测量识别结构挠度。然而，上述两种方式依旧存在诸多问题导致最终结果不理想，例如：使用应变片测量仅能得到结构点式应变，其反应的是结构的局部应变而非结构整体情况，想要获取结构整体应变，只能在整个结构上满布应变片，显然这在工程实际中难以实现。

拱桥在我国具有悠久的历史，其具有结构形式多样、线性美观、跨越能力大等特点。作为我国常见的桥型之一，上承式拱桥不同于常规的梁式桥，上承式拱桥的主要承重构件是曲线形的拱，其在上部荷载作用下受力复杂，拱内不仅有弯曲，同时还有较大的轴力。拱桥中挠度变形需严格控制，但在实桥监测时其测量精度仍然会受到各种因素的影响，现有的直接测量法及间接测量法均无法满足工程实际中挠度测量需求。上承式拱桥的构造特殊、受力复杂，如何精准获取其变形分布从而有效的对其安全状态进行评估是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供一种能够简单有效地识别上承式拱桥变形分布的方法和设备。

本发明根据上承式拱桥构造、受力等特点并结合拱圈单元截面应变分布以及纵桥向单元应变分布特点，提出适用于本发明的上承式拱桥传感器布置方案。从拱圈受力的正分析出发，建立复杂应力下拱圈的变形与内力间的关系；进而推导应变与变形间的关系，并对拱圈的曲率变化进行分析，建立结构曲率与应变监测数据间的关系，最后通过本发明提出的曲率荷载法识别出上承式拱桥在复杂应力作用下的变形分布。

本发明提供的一种上承式拱桥的数据采集系统，包括传感器，所述传感器为长标距FBG传感器，且所述传感器布置在沿桥长方向的拱圈结构四分点附近、结构立柱及两立柱中间附近的拱圈截面的顶部和底部，所述拱圈结构四分点为拱圈的0、L/4、L/2、3L/4和L处，L为拱圈跨径。

本发明另一方面提供的一种上承式拱桥变形分布识别方法，包括：

首先，确定长标距FBG传感器布置方案。本发明依托长标距FBG应变传感技术能够实现高精度、动静态、宏微观测量优势，根据上承式拱桥构造、受力等特点并结合拱圈单元截面应变分布以及纵桥向单元应变分布特点，提出适用于本发明的上承式拱桥传感器布置方案，具体原则为：基于应变分布特征分析能够精准捕捉到复杂应力作用下结构应变特征点的考虑，通过多种传感器布置方案对比发现，上承式拱桥的应变测点布置在沿着桥长方向得到的监测效果最佳，故而本发明在结构四分点附近(0、L/4、L/2、3L/4、L)布置长标距FBG传感器的基础上，在结构立柱及两立柱中间附近的拱圈截面顶部和底部分别增设一个长标距FBG传感器，既不妨碍正常的桥梁监测，又可以在增加有限传感器的前提下有效识别拱桥的变形分布。