一种桥梁结构挠度线形测量装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于桥梁结构测量技术领域，涉及一种桥梁结构挠度线形测量装置和方 法。
【背景技术】
[0002] 桥梁检测及健康监测过程中，桥梁的挠度是桥梁结构在强度、刚度、稳定性三大关 键问题上都非常关注的重要参数，对评价桥梁结构的长期和瞬态运营状态，检验桥梁的真 实受力特性具有重要的理论价值，因此，挠度测量的精度及准确性显得至关重要。在这种需 求下，国内外研究人员发展了许多新的挠度测量方法，其中具有代表性的有：百分表法、连 通管法、水准仪法、GPS挠度测量法、激光法。它们都不同程度地存在着一些问题和不足：成 本高、精度低；维护困难、不适于长期使用；使用条件苛刻、实用性不强；准备时间过长，安 装不大方便。因此，方便、有效、科学的桥梁结构动态参数测量一直是桥梁界亟需发展和研 究的技术。目前桥梁挠度线形（即桥梁在竖直方向上的弯曲曲线）经常应用在新桥验收、 现存桥梁的维护、例行检测等的测量上。目前大多数测量桥梁挠度线形的方法都是先测量 离散点的挠度，再对测量点进行拟合，拟合的平滑度与测量点的数量直接相关。在现有挠度 测量技术中，对一座桥梁的挠度测量限于测量时间的限制和操作的方便性，一般只对少数 点进行测量，然后进行粗糙拟合的方法进行，不能很好的重现桥梁的连续挠度线形。因此， 设计出桥梁挠度线形快速测量装置，对桥梁挠度进行更精细的拟合，具有重要的理论意义 和实用价值。
【发明内容】
[0003] 针对上述现有技术中存在的问题或缺陷，本发明的目的在于，提供一种操作简单 且计算精度高的桥梁结构挠度线形测量装置和方法。
[0004] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0005] -种桥梁结构挠度线形测量装置，包括测试小车，所述测试小车上安装有倾角测 量模块，所述倾角测量模块连接滤波电路，所述滤波电路通过A/D转换器与信息处理模块 连接，所述信息处理模块连接存储单元；
[0006] 所述测试小车底面的四个角上分别安装一个位移传感器，每个所述位移传感器均 连接所述信息处理模块；
[0007] 所述测试小车的车轮上安装有位移测量装置，所述位移测量装置与信息处理模块 连接。
[0008] 具体地，所述倾角测量模块包括水平倾角传感器和垂直倾角传感器，二者正交设 置。
[0009] -种桥梁结构挠度线形测量方法，具体包括以下步骤：
[0010] 步骤1:位移测量装置发送脉冲到信息处理模块，信息处理模块计算测试小车移 动距离，若移动距离达到设定值L，则信息处理模块向倾角测量模块和各个位移传感器发 送触发信号；
[0011] 步骤2 :倾角测量模块接收到信息处理模块发送的触发信号，对各测点的夹角数 据进行采集，测得第i个测点的X轴倾角aix和Y轴倾角aix,i= 1，2, 3,…，n，并将角度 信息发送到信息处理模块中；
[0012] 步骤3 :各个位移传感器接收到信息处理模块发送的触发信号，测得测试小车运 行到各个测点的四个角与桥面的距离，第i个测点的四个角与桥面的距离为Hu、Hl2、Hl3、 H14;并将距离信息传送到信息处理模块；
[0013] 步骤4 :信息处理模块对步骤2得到的X轴角度alx和Y轴角度aly进行处理，得 到第i个测点测试小车与水平面的夹角a11;信息处理模块对步骤3得到的距离信息Hu、 Hl2、Hl3、H14进行处理，得到测试小车与其沿桥面行驶方向的夹角a12;根据au和a12得到 第i个测点相对于第i_l个测点的垂直位移AH1;
[0014] 步骤5 :利用步骤4得到的H11利用修正梯度均值滤波法求得各个测点在二维坐标 系中的位置（Xl，Y1)，利用最小二乘法对测点位置进行拟合得到桥梁线性，通过与桥梁施工 图测点位置进行比对，得到桥梁挠度变形值；同时，在不同时间段测量桥梁挠度线形图，对 同一位置的变形进行比较，即可判断该位置是否存在挠度变化，是否需要进行检修。
[0015] 进一步地，所述的步骤4中：
[0026] 其中，ai表示第i个测点桥面与水平面的倾角i= 2, 3,…，n;AH1表示第i个测 点相对于第i_l个测点的垂直位移为AH1,Hni表示第m个测点相对于起始测点的竖直位移 Hm〇
[0027] 进一步地，所述的步骤5的具体实现方法如下：
[0028] 步骤5. 1:求算数平均值Ak
[0029] 根据步骤4得到AH1，以初始点AH1为起点，取AHi的前5个数值：SPAHpAH2、 AH3、AH4、AH5，去掉其中的最大值和最小值，将剩余的3个值求其算术平均值，记为Ak;
[0030] 步骤5. 2:根据Ak确定置信区间
[0035] 步骤5. 3:判断A&是否为干扰信号或拐点，并进行修正；
[0036] (1)判断A&是否为干扰信号，若AH6是干扰信号，将其修正，若不是干扰信号， 则不作修正；
[0037] 具体判断方法为：当AH6不属于步骤5. 2中的置信区间时，可认为AH6S干扰信 号；
[0049] (2)判断AHf^应的第6个测点是否为拐点，若是拐点，则不作修正，若不是拐点， 则进行修正；
[0050] 具体判断方法为：利用AH7，若AH6*AH7S0,认为第6个测点为拐点；若 AH6 ?AH7〈0,认为第6个测点不是拐点，而是干扰信号；
[0051] 具体修正方法如下：
[0052] 当AH6 ?Ak〈0时，有以下几种情况：
[0061] 对于j，1，n，p，可认为AHM应测点为拐点，无需修正；对于i，〇,可认为AH6F 是拐点，修正为Ak;对于k，m，可认为AH1F是拐点，修正为0 ;
[0062] 步骤5. 4 :根据AH6是否为拐点选择新的起点和待处理数据
[0063] 若AH6对应的测点不是拐点，序列前移，进一步处理下一个数据，即用AH2、AH3、 AH4、AH5、AH6替换AHpAH2、AH3、AH4、AH5，返回步骤5. 1处理A屮;若AH6对应的测 点是拐点，则用八116、八117、八比、八119、八11 1。替换八111、八112、八113、八114、八11 5，返回步骤5.1 处理AH11,以此类推，直到处理完步骤4采集的所有的AH1，最终得到修正后的第i个测 点相对于第i_l个测点的垂直位移为AH'i，由此可得第m个测点在二维坐标系中的位置 (xn，yn)，其中：
[0066] 其中，初始点（xQ，y。）= (0,0);
[0067] 步骤5. 5 :通过最小二乘法对步骤5. 4修正后得到的各点（X1, yi)(1彡i彡n)拟 合，得到拟合曲线方程为：
[0068] y*= c (^c1X+...+CkXk
[0069] 其中，c。、C1、…、Ck为待定系数；
[0070] 利用最小二乘法求解待定系数c。、C1、…、Ck，所述最小二乘法的方程式为：
[0072]由此可求得系数c。、C1、…、Ck的值，阶数k的选择需满足：
[0074] 与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
[0075] 1、本发明采用测试小车进行桥梁挠度测量，本发明的装置无需固定安装在桥梁 上，设备简单，易于实现，性价比高，操作方便，能够快速、客观、智能化地感测与重现桥梁挠 度线形。
[0076] 2、采用位