[发明专利]运用多套捷联惯性系统进行桥梁监测的方法

说明书

技术领域

本发明属于一种桥梁监测方法，特别涉及一种基于捷联惯性系统的桥梁动态变形、挠度分布和结构动力特性的测量技术。

背景技术

根据交通部颁布的《公路桥涵养护规范》(JTG H11-2004)的规定，公路桥涵养护工作按“预防为主，防治结合”的原则，以桥面养护为中心，以承重部件为重点，加强全面养护。公路桥涵养护工作要求对公路桥涵构造物进行周期性检查，系统地掌握其技术状况，及时发现缺损及相关环节的变化。按桥梁检查结果，对桥梁技术状况进行分类评定，制定相应的养护对策。公路桥涵养护工作要推广应用先进的养护技术和科学的管理方法，改善养护生产手段，提高养护技术水平。

传统上，对桥梁结构的评估通过人工目测检查或借助于便携式仪器测量得到的信息进行。人工桥梁检查分为经常检查、定期检查和特殊检查。但是人工桥梁检查方法在实际应用中有很大的局限性。传统监测方式的不足之处主要表现在：需要大量人力、物力并有诸多检查盲点；检查的进行情况受天气变化的影响，且不能实现连续的观测；检查与评估的结果主要取决于检查人员的专业知识水平以及现场检测的经验。虽然随着电子经纬仪和全站仪的出现使其具有测量精度高、资料可靠等优点，但是利用摄影方法对桥梁进行变形观测易受天气变化的干扰，测量过程仍然比较复杂。

惯性导航技术一直是一个国家军事、科技实力强弱的标志性技术。近年来，捷联惯导技术发展迅速，是惯性导航技术发展的一个重要方向，它已经广泛应用到舰船、飞机、战术与战略导弹以及航天飞机的导航中，能够实时快速地测量出这些运动载体的航向、姿态、速度和位置等信息，具有精度高、不依赖任何外界信息、并且不受外界干扰等优点。

目前，国内外也有研究者将多套捷联惯性系统装在大型舰船的甲板上，测量甲板的变形。但是，将捷联惯性系统应用在桥梁监测上，对桥梁的静态、动态变形角、主梁挠度曲线、阻尼比以及冲击系数等结构参数进行测量，尚属空白。

发明内容

本发明的目的就是将上述捷联惯性系统运用在桥梁监测中，开展桥梁的动载试验，只需运用较少的人力资源及有限的人工操作，就可实时的测量桥梁在地脉动、风载、温度及水流变化等环境因素影响下或跑车和跳车试验影响下的变形和振动，实现桥梁观测点的变形和振动信息的连续的自动化观测；通过对测量信息进行处理后，可以得到桥梁的静态、动态变形角、主梁挠度曲线、阻尼比以及冲击系数等参数，进一步可以对桥梁的技术状况进行评估，从而为桥梁监测技术的发展提出一个新的测量方法。

本发明的目的是这样实现的：包括如下步骤：

(1)捷联惯性系统位置布设

首先选择基准捷联惯性系统的安装位置，安装点要在桥梁之外的不动参考点，尽量便于与测点捷联惯性系统进行安装校准为宜；选择各个测点捷联惯性系统的安装位置，其主要视桥梁结构形式而定，以能够测得桥梁结构的最大反应(如主跨跨中截面、边跨跨中截面振幅)为宜，同时为了便于采集数据后期的处理计算，测点捷联惯性系统的安装位置主要选择在桥梁各跨的跨中和四等分点上；安装位置选好后，将捷联惯性系统安装在选定位置；在测量过程中，根据桥梁本身特性的不同，可以采取增加和减少测量点的方法来实现测量要求；

(2)捷联惯性系统的安装校准、初始对准与启动

将各套捷联惯性系统通过RS-485总线连接到路由器，最终连接到显示计算机；启动计算机，开启测量显示软件；进行捷联惯性系统的安装校准，使测试点捷联惯性系统和基准捷联惯性系统的姿态保持一致；基准捷联惯性系统启动并进行初始对准，初始对准完毕后捷联惯性系统的陀螺与加速度计开始采集角速度和比力信息，基准捷联惯性系统进入工作状态，输出测量信息到显示计算机；测试点的捷联惯性系统启动和初始对准，初始对准完毕后陀螺与加速度计开始采集比力和角速度信息，测试点捷联惯性系统进入工作状态，输出测量信息到显示计算机；计算机将测量信息进行实时显示和存储；

(3)基于捷联惯性系统的桥梁动载试验

根据桥梁结构大小，选择加载车辆，记录加载车辆的尺寸、重量参数；选择三角形垫木，记录三角形垫木的尺寸参数；

进行脉动试验：利用地脉动、风载、温度及水流因素作为输入，测定桥梁于处地脉动、风载、温度及水流随机荷载激振下而引起桥跨结构的微小振动响应；