[发明专利]一种新型简支梁桥结构损伤监测系统

摘要

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。

主权项

1.一种新型简支梁桥结构损伤监测系统，包含数据采集子系统和数据处理子系统，其特征在于：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数据；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信号调理和滤波，降低信号噪声；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：对车辆重心作用在第i个梁板（假设共N个梁板，）的第j()个传感器的情况，提取所有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个传感器的情况，分别求取各个传感器与在三个检测轴上的相关系数，得到的相关矩阵，其中，第个检测轴的相关矩阵为：其中，是车辆重心第k次作用在第i个梁板的第j个传感器时，第g个梁板的第h个传感器()与传感器在第m个检测轴上的相关系数，和为二者的监测数据段，表示协方差，表示方差；S4：当数据量足够大时，对车辆重心作用在第i个梁板的第j个传感器的情况，将传感器 与在第m个检测轴上的相关系数的集合{进行聚类分析，并根据聚类的分离状况，判断梁板g与梁板i之间的横向连接状况。