[发明专利]运用多套捷联惯性系统进行桥梁监测的方法

摘要

运用多套捷联惯性系统进行桥梁监测的方法属于桥梁监测技术；首先根据桥梁结构的动力特性对捷联惯性系统进行位置布设，对捷联惯性系统进行安装校准和初始对准；开展桥梁动载试验，包括脉动试验、跑车试验和跳车试验，运用捷联惯性系统对基准点和测量点的变形和振动信息进行连续的监测；运用惯性测试匹配法处理得到的变形信息，得出各个时刻桥梁测点的静态和动态变形角；运用基准点和各个测点惯性系统算得的动态变形角，得出桥梁的主梁挠度曲线，进一步处理得到桥梁的冲击系数；运用加速度计输出信息得出测点加速度时程曲线，进行积分得出位移时程曲线；运用时域和频域分析的方法分析加速度时程曲线和位移时程曲线，得出桥梁振幅、阻尼比、振型等结构参数；本发明具有不受天气变化干扰、人工操作少、自动化程度高、可以进行连续测量的特点。

主权项

一种运用多套捷联惯性系统进行桥梁监测的方法，其特征是包括如下步骤：(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为宜，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；进行跑车试验：让加载车以不同车速匀速通过桥跨结构，当某一行驶速度产生的激振力与桥梁结构的固有频率相接近时，可使桥梁振动响应达到最大值；在进行跑车实验前，要确保加载车辆行驶之前基准捷联惯性系统和各测点捷联惯性系统已经处于数据采集状态，在进行跑车实验时，要求准确控制加载车辆的车速；进行跳车试验：在各个测试点捷联惯性系统安装位置上放置选定的三角形垫木，让一辆加载车辆的后轮从三角形垫木突然下落，通过对桥梁产生冲击作用来激起桥梁的竖向振动；各个测点捷联惯性系统对此时桥梁的动态变形和激振频率信息进行测定；在进行以上各项试验时，各个测点捷联惯性系统输出桥梁结构各控制点的变形和振动信息到计算机，计算机实时对测点信息进行显示和存储；(4)捷联惯性系统监测信息的分析与处理运用惯性测试匹配法比较基准捷联惯性系统和测点捷联惯性系统输出的变形信息，建立基准捷联惯性系统和一套测点捷联惯性系统在内的卡尔曼滤波方程和卡尔曼量测方程，通过卡尔曼滤波处理后，得出该桥梁测量点的静态和动态变形角；对每一套测点捷联惯性系统通过惯性测试匹配法进行分析处理，得出各测点的静态和动态变形角；在进行脉动试验时，当有多套捷联惯性系统对桥梁的不同位置同时测量时，可以根据各个点测出的静态和动态变形角，得出桥梁的横向挠度曲线，进行数据拟合得出桥梁横向挠度分布规律；在进行跑车试验时，可以根据各个点测出的静态和动态变形角，得出桥梁的横向动态挠度时程曲线，根据动态挠度时程曲线可以求出桥梁的冲击系数；同时，从捷联惯性系统的三路加速度计输出值可以得出各个测点的加速度时程曲线，从中可以直接读出测点的加速度振幅；对加速度时程曲线进行数值积分后可得到位移时程曲线，通过对位移时程曲线进行时域分析，可以得出桥梁振幅、阻尼比参数；通过对加速度时程曲线和位移时程曲线进行频谱分析，把时域信号变换为频域信号，得到振动能量按频率的分布情况，可以确定出桥梁结构的固有频率和频率分布特性。