[发明专利]基于无线智能节点的钢桥疲劳寿命便携式评估系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种针对钢桥结构的疲劳评估系统及方法，特别涉及一种基于无线智能节点的钢桥疲劳寿命便携式评估系统及方法。

背景技术

随着整体节点正逐渐在大跨度钢桁架桥设计中被采用，在交通荷载作用下焊接局部的疲劳问题日益引起人们的重视。疲劳破坏是焊接钢结构失效的一种主要形式，失效破坏的特点之一是焊接钢结构长期承受着低于材料屈服点的周期循环荷载，在一处或几处产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或发生完全断裂。由于这样的结构的破坏断裂往往是突然性的，很少具有先期预兆性，因此带来的损失是巨大的。

引起结构疲劳的内因是结构本身特性，外因是作用在结构上不断变化的动荷载，要研究结构的疲劳，首先必须研究作用在结构上的荷载在结构中产生的应力。

很多情况下，作用在结构上的荷载是随时间变化的，这种加载过程称为荷载-时间历程。为了记录桥梁运营期间的荷载-时间历程，传统的有线检测手段通常需要经过繁琐的拉线、布线工作，造价昂贵，安装极其不便，往往影响了桥梁的正常运营，很难得到桥梁正常运营阶段的荷载-时间谱。另外，钢桥桁架结构节点处，由于焊缝较多，形式多样，有线检测手段往往很难在这些关键位置部署多个测点，而且每个测点大都采用集中式数据处理技术，大量的冗余数据都会集中发送到评估中心，往往容易造成系统瘫痪。目前还缺少有效的手段能够快速的、便捷的对钢桥的疲劳寿命进行评估。

发明内容

针对现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种基于无线智能节点的钢桥疲劳寿命便携式评估系统及方法，满足安装便捷，操作简单，测试精度高，不影响桥梁正常运营等要求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明基于无线智能节点的钢桥疲劳寿命便携式评估系统，包括若干无线智能节点、基站和监控中心。

所述无线智能节点包括多个前端采集模块、第一数据处理单元、第一无线收发器、第一高增益天线和供电单元；所述前端采集模块包括应变计、惠斯通电桥、可调放大电路、四通道模数转换器、可编程抗混叠滤波器和数字输出接口；所述第一数据处理单元包括内嵌疲劳寿命评估方法的高性能处理器、大容量存储器、输入接口和输出接口；所述前端采集模块上的所述数字输出接口与所述数据处理单元上的输入接口连接；所述数据处理单元上的所述输出接口与所述第一无线收发器连接；所述第一无线收发器与所述第一高增益天线连接；所述供电单元为所述多个前端采集模块、所述第一数据处理单元和所述第一无线收发器供电。

所述基站包括若干第二高增益天线、若干第二无线收发器、第二数据处理单元和网络转换单元；所述第二无线收发器和所述第一无线收发器一一对应，且所述第一无线收发器通过所述第一高增益天线和所述第二高增益天线与所述第二收发器无线连接；所述第二无线收发器与所述第二数据处理单元连接；所述第二数据处理单元包括内嵌综合疲劳寿命评估方法的高性能处理器、大容量存储器；所述第二数据处理单元通过所述网络转换单元与所述监控中心网络连接。

本发明基于无线智能节点的钢桥疲劳寿命便携式评估方法，包括以下步骤：

1)将若干无线智能节点布置在钢桥易发生疲劳的若干焊接点。

2)所述无线智能节点上的前端采集模块采集由外界环境激励所引起的应变数据，并将应变数据去除噪声。

3)所述无线智能节点上的第一数据处理单元将步骤2)滤波后得到的所述应变数据转换为应力历程。

4)所述无线智能节点上的第一数据处理单元，利用雨流计数法计算外界环境激励下的应力幅和其对应的循环次数。

5)所述无线智能节点上的第一数据处理单元，利用数学统计分析，确定外界环境激励下的日均标准应力谱。

6)所述无线智能节点上的第一数据处理单元根据对应焊接节点细节，确定焊接节点的标准S-N曲线。

7)所述无线智能节点上的第一数据处理单元利用Miner准则计算焊接节点的疲劳寿命，得到评估结果。

8)每个所述无线智能节点将步骤7)得到的所述评估结果通过无线发送至基站，所述基站综合全部所述评估结果对整个桥梁进行疲劳寿命评估，并将所述评估结果通过网络传送至监控中心。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：