[发明专利]基于分布式光纤的图乘法识别梁结构挠度方法

说明书

本发明的基于分布式光纤的图乘法识别梁结构挠度方法，通过确定所需监测的桥梁结构形式、桥梁长度、梁结构截面形式和桥梁材料特征；获取任意荷载工况作用下桥梁底部各测点的应变值；进行数据的采集与处理，运用图乘法原理建立桥梁底部各测点的应变值与挠度的关系函数，计算得到任意时刻的桥梁待测点挠度值。该梁结构挠度识别方法适用于静力荷载及移动荷载，采用图乘法建立应变与挠度的关系函数，计算过程简洁，能够分析出随时间的推移桥梁底部任意位置挠度变化曲线，进而得到桥梁整体变形情况。该方法与有限元分析的结果对比平均误差小于1％，具有一定的工程使用价值和应用前景。

技术领域

本发明属于桥梁监测技术领域，具体涉及基于分布式光纤的图乘法识别梁结构挠度方法。

背景技术

随着社会的快速发展，我国新建桥梁的数量越来越多，为了预防交通安全事故的发生，桥梁运营中结构的健康检测是一项必不可少的工作。桥梁的挠度变形直接反应桥梁整体的刚度、稳定性和承载力，是桥梁运营阶段健康状况评价的重要参数，故研究桥梁的挠度识别非常重要。

目前常用的桥梁挠度直接测量方法有百分表、水准仪、全站仪等，但这些技术简单的测量方法只适用于桥梁短期、人工测量，存在费时费力、使用不便、实时测量困难等不足。因此，一些新的挠度测量方法，如，GPS、倾角仪法、激光图像法、静力水准法等逐渐应用于大型桥梁结构挠度监测中，可实现长期远程自动测量。然而GPS监测时间长，针对小跨径桥梁测量数据精度低；倾角仪法对操作人员技术要求高，容易造成误差累积，同时该方法只能监测局部变形，无法了解桥梁整体变形情况；激光图像法使用的仪器设备成本高，监测过程受空气介质等影响大；静力水准法在地形坡度大时，仪器安装布设繁琐，且监测频率低，仪器读数时间长。对比以上直接测量桥梁挠度的方法，近年来，由于分布式光纤传感技术的不断发展与运用，很多学者通过建立桥梁应变与挠度相关函数研究了基于应变传感间接测量桥梁挠度的方法，如，基于平均曲率识别梁结构挠曲线、基于最小二乘曲线拟合识别挠曲线、基于共轭梁法识别梁结构的挠度，以上方法主要运用了应变-曲率-挠度相关关系，均需要推算梁曲率函数并进行二次积分求解，计算过程较复杂，且计算结果存在一定累计误差。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明为解决现有桥梁变形监测中存在的监测仪器安装不便、不适合长期监测、测量精度低以及监测数据计算繁琐等问题，提供了一种基于分布式光纤的图乘法识别梁结构挠度方法，具体技术方案如下：

基于分布式光纤的图乘法识别梁结构挠度方法，包括如下步骤：

步骤一.桥梁结构形式为简支梁或悬臂梁，确定所需监测的桥梁结构形式、桥梁长度、梁结构截面形式和桥梁材料特征；

步骤二.获取任意荷载工况作用下桥梁底部各测点的实时应变值；

步骤三.运用图乘法原理建立步骤二桥梁底部应变值与挠度的关系函数，将梁结构划分为i段，通过材料力学中莫尔定理、材料力学知识和桥梁底部平面弯曲中应变值与第i段弯矩的关系式，推导出第i段弯矩图形面积的计算公式；根据形心计算方法，计算出第i段弯矩图形的形心；根据计算出的第i段弯矩图形的形心，按照梁结构形式计算出形心在单位力弯距图中对应的纵坐标；

步骤四.根据步骤三的应变值与挠度的关系函数，利用excel数据处理功能建立数据输出界面，输入步骤一和二的桥梁长度、梁结构截面形式、桥梁材料特征和桥梁底部应变值，运用图乘法原理计算得到任意时刻的桥梁待测点挠度值。

进一步地，在所述桥梁底部沿梁长方向布设分布式光纤传感器，所述分布式光纤传感器用于探测桥梁底部任意荷载作用下所布设的任意位置的实时应变值。

进一步地，步骤三中所述桥梁底部平面弯曲中应变值与第i段弯矩的关系式为：