[发明专利]一种新型简支梁桥结构损伤监测系统

说明书

本发明涉及桥梁结构实时监测系统，特别针对简支梁桥，涉及一种结构损伤监测系统及相应的振动传感器布置方法和结构损伤评估方法。通过在简支梁桥的每一个单板梁梁底的四分之一跨、二分之一跨、四分之三跨位置布置三维振动传感器，采集监测车型单辆车过桥时的振动数据。通过对测点之间的振动相关性进行大数据聚类分析，根据聚类的分离状况，可监测简支梁桥振动的横向传递情况，评估桥梁结构损伤状况，及时发出预警，避免单梁受力的情况。

技术领域

本发明涉及桥梁结构实时监测系统，特别针对简支梁桥，涉及一种结构损伤监测系统及相应的结构监测传感器布置方法和结构损伤评估方法。

背景技术

有关数据显示，我国中小跨径的桥梁占我国既有桥梁总量的80％左右，而简支梁桥又是中小跨径混凝土桥梁的一个重要组成部分。随着简支梁桥服役期的延长，交通荷载等级的提高，早期修建的简支梁桥承载能力已经不能满足现代交通的需求。目前，在役的简支梁桥相当一部分已经出现了不同程度和不同形式的病害，而横向连接失效是简支梁桥最为主要的病害之一。横向连接失效典型的特征为连接钢板表面混凝土剥落和连接钢板焊缝开裂等，使得受力梁不能有效的向非受力梁传递荷载。简支梁桥横向连接的失效会降低桥梁结构的整体性，影响荷载的横向分布规律，导致受力梁挠度增大，非受力梁挠度变小，使得受力梁和非受力梁之间不能很好的协同工作，受力梁容易出现破坏。严重时会出现“单梁受力”的情况，给交通运输埋下巨大的安全隐患。目前，并没有一套行之有效的、系统的简支梁桥横向连接失效监测方法。因此，开展简支梁桥横向连接损伤的监测具有十分重要的意义。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构损伤监测系统，在桥梁的指定位置安装三维振动传感器监测车桥耦合振动情况，通过对测点之间的振动相关性进行大数据分析，可监测简支梁桥振动的横向传递情况，评估桥梁结构损伤状况。

一种新型简支梁桥结构损伤监测系统，采用的技术方案是：包含数据采集子系统和数据处理子系统。

所述数据采集子系统包括三维振动传感器和多通道数据采集设备，所述数据处理子系统包括数据库、数据预处理模块和数据分析模块。所述三维振动传感器的输出连接到多通道数据采集设备的输入，所述多通道数据采集设备的输出连接到数据库的输入，所述数据库分别与数据预处理模块和数据分析模块相连。

所述数据采集子系统，在简支梁桥的每一个单板梁梁底的四分之一跨、二分之一跨、四分之三跨位置布置三维振动传感器，用于采集监测车型单辆车过桥时的振动信号。所述三维振动传感器的布置方法相同，三个检测轴中，其中一个轴与梁面垂直，检测桥梁竖直方向的振动；另外两个检测轴与梁面平行，并分别与桥梁的走向平行和垂直。

所述多通道数据采集设备，对采集到的振动信号进行调理和滤波，降低振动信号噪声。

所述数据预处理模块，采用K均值聚类算法将数据聚类为有效数据和无效数据，剔除异常数据，并根据数据趋势进行插值补充，确保数据的有效性。

所述数据分析模块，其数据分析步骤是：

S1：将监测车型单辆车过桥时的振动信号按时间进行同步分段；

S2：假设共N个梁板，对车辆重心作用在第i(i∈{1,2,…,N})个梁板的第j(j∈{1,2,3})个三维振动传感器S_ij的情况，提取所有三维振动传感器相应的数据段；

S3：对车辆重心第k次作用在第i个梁板的第j个三维振动传感器S_ij的情况,分别求取各个三维振动传感器与S_ij在三个检测轴上的相关系数，得到S_ij的相关矩阵。其中，第m∈{1,2,3}个检测轴的相关矩阵为：

其中，