本發(fā)明屬于橋梁檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，交通運(yùn)輸量不斷加大，投入使用的橋梁受到的荷載數(shù)量變大，由于長(zhǎng)時(shí)間材料自身性能的退化及環(huán)境的影響而產(chǎn)生不同程度的損傷，因此，對(duì)橋梁進(jìn)行定期的荷載檢測(cè)，做出科學(xué)的評(píng)估，充分了解橋梁的實(shí)際工作情況是否仍然滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，保障橋梁的安全使用運(yùn)行。現(xiàn)有的荷載試驗(yàn)方法主要是：租用多輛荷載車(chē)輛在橋梁的固定位置加載，通過(guò)采集設(shè)備測(cè)量響應(yīng)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行評(píng)估承載能力。由于橋梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜、跨度大現(xiàn)場(chǎng)干擾因素多，大量接線及線纜不易區(qū)分勢(shì)必給橋梁檢測(cè)帶來(lái)諸多弊端，并且成本高，需要大量人力?？紤]成本等多方面因素，橋梁荷載試驗(yàn)大多為一年或者幾年一次，導(dǎo)致測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)信息量小，并且不為連續(xù)，影響橋梁檢測(cè)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種橋梁荷載試驗(yàn)快速檢測(cè)系統(tǒng)，只需要一輛荷載車(chē)，試驗(yàn)過(guò)程中不需要完全封閉交通，實(shí)時(shí)采集測(cè)點(diǎn)響應(yīng)數(shù)據(jù)和荷載車(chē)的位置。

一種橋梁荷載試驗(yàn)快速檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括無(wú)線應(yīng)變采集系統(tǒng)、無(wú)線撓度采集系統(tǒng)、無(wú)線荷載車(chē)定位系統(tǒng)、基站接收系統(tǒng)和橋梁承載能力評(píng)估系統(tǒng)；各個(gè)系統(tǒng)之間通過(guò)無(wú)線zigbee方式傳輸數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)變、撓度和荷載車(chē)實(shí)時(shí)位置的自動(dòng)采集、自動(dòng)傳輸、自動(dòng)接收，無(wú)需人為參與，節(jié)省人力物力。

其中，

所述的無(wú)線應(yīng)變采集系統(tǒng)，用于接收測(cè)量的橋梁結(jié)構(gòu)靜載參數(shù)的應(yīng)力，保證所有應(yīng)變測(cè)點(diǎn)在荷載車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)的連續(xù)響應(yīng)數(shù)據(jù)，同時(shí)將采集的數(shù)據(jù)傳輸給基站接收系統(tǒng)；該系統(tǒng)包括ad轉(zhuǎn)換電路、mcu控制電路和zigbee發(fā)射模塊。

所述無(wú)線撓度采集系統(tǒng)，用于接收撓度傳感器測(cè)量的橋梁結(jié)構(gòu)靜載參數(shù)的位移，保證所有撓度測(cè)點(diǎn)在荷載車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)的連續(xù)響應(yīng)數(shù)據(jù)，同時(shí)將采集的數(shù)據(jù)傳輸給基站接收系統(tǒng)；該系統(tǒng)有接觸式和非接觸式兩種，以確保不同橋型的撓度數(shù)據(jù)采集；(1)接觸式包括位移計(jì)、ad轉(zhuǎn)換電路、mcu控制電路、zigbee發(fā)射模塊；(2)非接觸式包括光電撓度儀、zigbee發(fā)射模塊。

所述無(wú)線荷載車(chē)定位系統(tǒng)，用于實(shí)時(shí)記錄荷載車(chē)在橋面的位置，同時(shí)將位置信息傳輸給基站接收系統(tǒng)；該系統(tǒng)采用荷載車(chē)頂部安裝gnssrtk的方式或者車(chē)底部安裝編碼器方式；gnssrtk(real-timekinematic)載波相位差分由一個(gè)移動(dòng)gnss和一個(gè)基準(zhǔn)gnss構(gòu)成，定位精度高，只需快速用磁鐵吸附到荷載車(chē)的頂部，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)輸出荷載車(chē)的位置信息。編碼器方式安裝在荷載車(chē)底部，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)記錄荷載車(chē)的位置。

所述基站接收系統(tǒng)，用于統(tǒng)一接收荷載車(chē)定位系統(tǒng)記錄的位置數(shù)據(jù)、無(wú)線應(yīng)變采集系統(tǒng)記錄的應(yīng)變響應(yīng)數(shù)據(jù)和無(wú)線撓度采集系統(tǒng)記錄的撓度響應(yīng)數(shù)據(jù)，同時(shí)將所有數(shù)據(jù)傳輸給橋梁承載能力評(píng)估系統(tǒng)，并對(duì)各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)間同步，確保傳感器響應(yīng)數(shù)據(jù)和荷載車(chē)位置一一對(duì)應(yīng)，并且現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試均采用zigbee無(wú)線通信技術(shù)，減少了采集設(shè)備的大量線纜。

所述橋梁承載能力評(píng)估系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)測(cè)得到的各個(gè)測(cè)點(diǎn)(應(yīng)變、撓度)的實(shí)際數(shù)據(jù)生成各測(cè)點(diǎn)的影響線，并根據(jù)不同荷載效率虛擬軸重和位置信息生成各個(gè)測(cè)點(diǎn)響應(yīng)數(shù)值；利用實(shí)測(cè)到的影響線對(duì)各個(gè)測(cè)點(diǎn)施加傳統(tǒng)靜載試驗(yàn)的荷載，并得出響應(yīng)數(shù)據(jù)與理論值對(duì)比對(duì)橋梁承載能力進(jìn)行評(píng)估。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

1.本發(fā)明采用了準(zhǔn)靜態(tài)荷載試驗(yàn)的方法可以快速進(jìn)行橋梁承載能力評(píng)估。

2.本發(fā)明只用一輛荷載車(chē)加載，無(wú)需擔(dān)心多輛車(chē)加載導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生永久性損傷和引起不可恢復(fù)的變形，無(wú)需逐級(jí)加載，節(jié)省人力、節(jié)省時(shí)間、節(jié)省租車(chē)成本。

3.本發(fā)明的各個(gè)系統(tǒng)均采用無(wú)線zigbee方式進(jìn)行傳輸，減少了設(shè)備間線束連接，對(duì)環(huán)境結(jié)構(gòu)復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)很容易操作。

4.本發(fā)明只需加載車(chē)在劃定車(chē)道上面緩慢行駛，不需要中斷或者長(zhǎng)時(shí)間封閉交通，保證荷載試驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和完整性。

5.本發(fā)明的荷載車(chē)定位系統(tǒng)，安裝操作簡(jiǎn)單，并與市面很多廠家的gnss設(shè)備成功對(duì)接，定位精度高，能夠準(zhǔn)確穩(wěn)定輸出荷載車(chē)實(shí)時(shí)位置。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明橋梁荷載試驗(yàn)快速檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)施流程圖；

圖2為本發(fā)明橋梁荷載快速檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)施的示意圖；

圖3為本發(fā)明橋梁荷載快速檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)施的多個(gè)車(chē)道俯視圖；

圖4為本發(fā)明橋梁荷載快速檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)施無(wú)線撓度采集系統(tǒng)的兩種測(cè)試方式示意圖；

圖5是橋梁荷載試驗(yàn)快速檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；

圖6是加載車(chē)在橋面布置的橫向圖；

圖7是加載車(chē)在橋面布置的縱向圖；

圖8是加載車(chē)軸重和軸距參數(shù)圖；

圖9是應(yīng)力測(cè)點(diǎn)平面布置圖；

圖10是應(yīng)力測(cè)點(diǎn)橫斷面圖；

圖11是1#應(yīng)變響應(yīng)數(shù)據(jù)與加載車(chē)位置對(duì)應(yīng)關(guān)系圖；

圖12是1#應(yīng)變影響線曲線圖；

圖13是1#應(yīng)變虛擬加載效果圖。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

如圖5所示，本發(fā)明提供的橋梁荷載試驗(yàn)快速檢測(cè)系統(tǒng)包括無(wú)線應(yīng)變采集系統(tǒng)、無(wú)線撓度采集系統(tǒng)、無(wú)線荷載車(chē)定位系統(tǒng)、基站接收系統(tǒng)和橋梁承載能力評(píng)估系統(tǒng)；各個(gè)系統(tǒng)之間通過(guò)無(wú)線zigbee方式傳輸數(shù)據(jù)；

所述的無(wú)線應(yīng)變采集系統(tǒng)，用于接收測(cè)量的橋梁結(jié)構(gòu)靜載參數(shù)的應(yīng)力，保證所有應(yīng)變測(cè)點(diǎn)在荷載車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)的連續(xù)響應(yīng)數(shù)據(jù)，同時(shí)將采集的數(shù)據(jù)傳輸給基站接收系統(tǒng)；

所述的無(wú)線撓度采集系統(tǒng)，用于接收撓度傳感器測(cè)量的橋梁結(jié)構(gòu)靜載參數(shù)的位移，保證所有撓度測(cè)點(diǎn)在荷載車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)的連續(xù)響應(yīng)數(shù)據(jù)，同時(shí)將采集的數(shù)據(jù)傳輸給基站接收系統(tǒng)；

所述的無(wú)線荷載車(chē)定位系統(tǒng)，用于實(shí)時(shí)記錄荷載車(chē)在橋面的位置，同時(shí)將位置信息傳輸給基站接收系統(tǒng)；

所述的基站接收系統(tǒng)，用于統(tǒng)一接收荷載車(chē)定位系統(tǒng)記錄的位置數(shù)據(jù)、無(wú)線應(yīng)變采集系統(tǒng)記錄的應(yīng)變響應(yīng)數(shù)據(jù)和無(wú)線撓度采集系統(tǒng)記錄的撓度響應(yīng)數(shù)據(jù)同時(shí)將所有數(shù)據(jù)傳輸給橋梁承載能力評(píng)估系統(tǒng)，并對(duì)各個(gè)采集系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)間同步；

所述的橋梁承載能力評(píng)估系統(tǒng)，用于根據(jù)所接收的實(shí)際數(shù)據(jù)生成各測(cè)點(diǎn)的影響線，并根據(jù)不同荷載效率虛擬軸重和位置信息生成各個(gè)測(cè)點(diǎn)響應(yīng)數(shù)值。

采用本發(fā)明提供的橋梁荷載試驗(yàn)快速檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)的流程參見(jiàn)圖1，具體步驟如下：

一.在橋梁關(guān)鍵截面跨中、支座位置布置應(yīng)變傳感器，根據(jù)需要可以每個(gè)截面都布置應(yīng)變傳感器2，如圖2所示，這樣更能反映橋梁的實(shí)際完整特性。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)橋梁周?chē)h(huán)境，旱橋可以選擇接觸式撓度測(cè)量方式，水橋可以選擇非接觸式撓度測(cè)量方式，測(cè)試示意圖如圖4所示。

其中接觸測(cè)撓度方式，使用木塊5粘在橋梁底板撓度測(cè)點(diǎn)，然后用銅線6綁在釘子上面吊著線墜7，把撓度變化傳遞到線墜的位移變化再測(cè)量，線墜下部有表頭定位孔，把位移計(jì)8頂?shù)蕉ㄎ豢桌锩?，防止刮風(fēng)等惡劣環(huán)境影響線墜擺動(dòng)，用底座9固定位移計(jì)。

非接觸測(cè)撓度方式，采用光電撓度儀，3無(wú)線撓度儀，4光標(biāo)，把撓度儀實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線zigbee設(shè)備傳回到基站接收系統(tǒng)統(tǒng)一采集數(shù)據(jù)，該方法成本稍微高，但可有效測(cè)試橋下有水的環(huán)境撓度。

二.布置無(wú)線采集系統(tǒng)，無(wú)線應(yīng)變數(shù)據(jù)采集儀和無(wú)線撓度數(shù)據(jù)采集儀在臨近幾個(gè)傳感器附件安裝，節(jié)省大量延長(zhǎng)線束，每只傳感器都有自己的編碼號(hào)，便于區(qū)分，容易識(shí)別。

三.布置荷載車(chē)定位系統(tǒng)，只需要一輛單位重量的荷載車(chē)，例如，40噸三軸車(chē)或者70噸四軸車(chē)等，已知各軸軸重、軸距參數(shù)。在駕駛室的頂部安裝gnss移動(dòng)設(shè)備，并且連接好無(wú)線zigbee設(shè)備，方便快捷，定位精度高，采用rtk技術(shù)，在橋邊布置好gnss基準(zhǔn)站，定位精度達(dá)到厘米級(jí)。實(shí)時(shí)輸出荷載車(chē)在橋面的位置。

四.基站接收系統(tǒng)，統(tǒng)一通過(guò)無(wú)線方式廣播時(shí)間同步指令，此時(shí)無(wú)線應(yīng)變采集系統(tǒng)、無(wú)線撓度采集系統(tǒng)、無(wú)線荷載車(chē)定位系統(tǒng)按照同樣時(shí)間戳采樣數(shù)據(jù)，確保了荷載車(chē)緩慢行駛時(shí)應(yīng)變、撓度響應(yīng)數(shù)據(jù)和荷載車(chē)的位置同步對(duì)應(yīng)。

五.該系統(tǒng)具體實(shí)施按照?qǐng)D2、圖3方式，用一輛單位重量的荷載車(chē)1，在指定的車(chē)道上面，例如一車(chē)道、二車(chē)道、三車(chē)道、四車(chē)道，以橋頭為起點(diǎn)緩慢行駛，此時(shí)基站接收系統(tǒng)同步接收無(wú)線應(yīng)變采集系統(tǒng)、無(wú)線撓度采集系統(tǒng)、無(wú)線荷載車(chē)定位系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并保存所以測(cè)點(diǎn)的傳感器響應(yīng)數(shù)據(jù)與荷載位置關(guān)系。

六.橋梁承載能力評(píng)估系統(tǒng)，根據(jù)準(zhǔn)靜態(tài)荷載試驗(yàn)得到的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，生成各個(gè)測(cè)點(diǎn)的影響線。再根據(jù)傳統(tǒng)靜載試驗(yàn)的荷載配重進(jìn)行虛擬荷載施加，生成計(jì)算后的響應(yīng)值，并與經(jīng)過(guò)有限元模型生成的理論值響應(yīng)進(jìn)行校驗(yàn)系數(shù)對(duì)比，評(píng)估橋梁的承載能力是否可以滿(mǎn)足要求。

實(shí)際應(yīng)用中案例：(天津某橋)

根據(jù)荷載試驗(yàn)效率滿(mǎn)足0.95～1.05，該橋選用三輛車(chē)加載，加載車(chē)加載車(chē)在橋面的位置按照?qǐng)D6、圖7布置，加載車(chē)的參數(shù)按照?qǐng)D8所示。

根據(jù)以上荷載試驗(yàn)情況，按照?qǐng)D6、圖7的加載車(chē)布置及圖8的加載車(chē)參數(shù)不難得出每輛車(chē)在每個(gè)車(chē)道并且距離橋頭的位置，見(jiàn)下表

按照?qǐng)D9、圖10布置該橋的應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，并且以應(yīng)變1#點(diǎn)為例，證明此發(fā)明的效果。圖11為一輛加載車(chē)分別在三個(gè)車(chē)道上面緩慢行駛得到的1#應(yīng)變測(cè)點(diǎn)應(yīng)變y軸與位置x軸的原始數(shù)據(jù)響應(yīng)曲線。

根據(jù)圖11實(shí)際測(cè)得數(shù)據(jù)生成單位荷載(1kn)的三條影響線曲線，如圖12。

根據(jù)每個(gè)車(chē)道加載車(chē)位置和軸重得到三輛車(chē)加載后的響應(yīng)值61.37με，如圖13。

實(shí)際測(cè)得應(yīng)變61.37με，設(shè)計(jì)理論值應(yīng)變130.4με，結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)η＝實(shí)際測(cè)值/理論值＝0.47<1，滿(mǎn)足橋梁承載能力要求。