一种板梁桥铰缝损伤监测系统技术方案

一种识别板梁桥铰缝损伤的监测系统，其特征在于，所述传感采集系统，采集通过对正常车行下与板梁拼装数量相适应测点的监测数据；所述云服务器与数据库包括数据库、数据分析处理模块、监测损伤判定模块，其中：所述数据分析处理模块与数据库连接，通过对各测点监测数据进行多点时间同步、样本截取、低通滤波、筛选等预处理，生成有效分析样本集[S]；计算有效分析样本的信号能量集[E]，并计算板桥振动能量横向传递率集[D]；计算铰缝损伤状态指标cr

【技术实现步骤摘要】
一种板梁桥铰缝损伤监测系统
本申请涉及梁桥安全监测领域。
技术介绍
简支板梁桥一般简称为板梁桥，因造价低、易维修等优点，是大量中小型桥梁的主要结构形式，这类桥梁由多根空心板梁经拼装后增设现浇铰缝构件，以形成桥梁的横向整体性结构形式。在材料老化、超载车辆长期作用、基座不均匀沉降等因素的共同作用下，现浇铰缝失效损伤问题突出。传统的铰缝状态评估，主要依靠人工巡检完成，也有基于测量设备提出的评估检测装置，但现有的这些设施基本均依赖于对位移或应变等静态指标的测试量而提出，且已有方法也往往存在评估结论不合理等问题。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有技术的不足，公开一种铰缝损伤评估系统，通过现场安装传感器，搭建好桥梁振动加速度采集网，采集数据发送至服务器完成样本预处理、样本统计分析评估，最后根据评估结论发送和显示给各个使用者终端。本专利技术通过以下技术方案实现，一种识别板梁桥铰缝损伤的监测系统，其特征在于，包括：由现场测点构成的传感采集系统、现场上位机与通信模块、云服务器与数据库，损伤状态终端显示模块；所述传感采集系统，在正常车行下安装与板梁拼装数量相适应的加速度传感器测点，一根板梁至少布置一个测点，由现场布设的各个测试点构成采测点阵，采集通过对正常车行下与板梁拼装数量相适应测点的监测数据；所述现场上位机与通信模块，上位机与各个加速度传感器的输出连接，获得各个传感加速度数据和测点位置序号数据，再通过通信模块将这些监测数据上传至云服务器与数据库；同时，上位机也通过通信模块接收云服务器与数据库作为平台对现场上位机的控制；所述云服务器与数据库包括数据库、数据分析处理模块、监测损伤判定模块，其中：所述数据库接收上位机传来的现场监测数据；所述数据分析处理模块与数据库连接，通过对各测点监测数据进行多点时间同步、样本截取、低通滤波、筛选等预处理，生成有效分析样本集[S]；计算有效分析样本的信号能量集[E]，并计算板桥振动能量横向传递率集[D]；计算铰缝损伤状态指标crk，生成铰缝损伤状态向量{CR}；所述监测损伤判定模块，由{CR}计算铰缝损伤状态统计评估指标Fstj，根据Fstj进行铰缝损伤状态统计评定；所述损失状态终端显示模块与云服务器与数据库通信连接，使用者随时随地登陆互联网获知现场各个桥段的监测安全情况。本专利技术系统通过收集了桥梁板桥各个铰链处的振动样本信号，通过振动信号能量作为计算分析的基础物理量，样本统计分析评估中提出以横向振动能量传递率表征板桥铰缝损伤状态、铰缝损伤状态指标crk，从而再基于大样本数据提出铰缝损伤状态统计评估指标Fst，进行铰缝损伤状态的统计评定。本专利技术系统具有首创性。本专利技术系统运行时易于操作、不中断交通，状态评估判据指标表达简捷、易于计算、意义明确，基于统计的评定结论可靠性高。使用者随时随地登陆互联网获知现场各个桥段的监测安全情况。附图说明图1为实施例系统实现图图2为获取原始数据集的振动监测点现场示意图图3本专利技术实施例云服务器监测软件模块结构图图4实施例中典型的原始监测数据图5实施例中子样集合中任一行(对应任一次车行引发的振动)典型样本时程图6实施例中由8根板梁(每根板梁安装1个测点)拼装板桥的振动能量横向传递率典型分布图图7本专利技术云服务器监测软件流程图具体实施方式以下结合附图对本专利技术技术方案做一步说明。如图1所示一种识别板梁桥铰缝损伤的监测系统，其特征在于，包括：由现场测点构成的传感采集系统、现场上位机与通信模块、云服务器与数据库，各个损伤状态终端显示模块；所述传感采集系统，在正常车行下与板梁拼装数量相适应的测点安装加速度传感器，一根板梁至少布置一个测点，由现场布设的各个测试点构成，采集通过对正常车下与板梁拼装数量相适应测点的监测数据；所述现场上位机与通信模块，上位机与各个加速度传感器的输出连接，获得各个传感加速度数据和位置序号数据，再通过通信模块将这些监测数据上传至云服务器与数据库；同时，上位机也通过通信模块接收云服务器与数据库作为平台对现场上位机的控制；所述云服务器与数据库(云平台)包括数据库、数据分析处理模块、监测损伤判定模块，其中：所述数据库接收上位机传来的现场监测数据；所述数据分析处理模块与数据库连接，通过对各测点监测数据进行多点时间同步、样本截取、低通滤波、筛选等预处理，生成有效分析样本集[S]；计算有效分析样本的信号能量集[E]，并计算板桥振动能量横向传递率集[D]；计算铰缝损伤状态指标crk，生成铰缝损伤状态向量{CR}；所述监测损伤判定模块，由{CR}计算铰缝损伤状态统计评估指标Fstj，根据Fstj进行铰缝损伤状态统计评定。详述之本专利技术在现场安设n个加速度传感器，与板梁的拼装数量n相适应(每根板梁下测点数不少于1个)，获取每根板梁底部的振动响应数据，生成车辆行经产生的板梁振动监测原始数据集。板桥的铰缝是联系各根板梁横向整体参与工作的结构部件，车辆行经板桥桥面时引发直接承托车辆处板梁(与车轮对应的板梁)的振动，由于板梁间结构铰缝的作用，振动经铰缝进行横向传递，从而表现为多根板梁参与的整体振动：铰缝完好时，车行引发的板梁振动能量经铰缝进行有效的横向传递，所有板梁均参与振动；铰缝失效时能量无法横向传递，振动仅限于直接参与承托车辆的个别板梁。本专利技术云端服务器中，数据分析处理模块软件运行的原理：它包括预处理模块(1.1)、板梁前2阶自振频率识别模块(1.2)、滤波与有效分析样本筛选模块(1.3)、计算模块，其中：所述预处理模块(1.1)对现场监测数据进行多点时间同步、样本截取、低通滤波、筛选等预处理，用于构建数据库的监测板梁振动原始数据集[R]＝[r1…ri…rn](1)；所述数据库与板梁前2阶自振频率识别模块(1.2)连接，所述板梁前2阶自振频率识别模块(1.2)从数据库中获取监测板梁振动原始数据集。所述监测板梁振动原始数据集(1)中[R]表示原始数据集，ri表示第i个测点的获得的监测数据时程，n为测点总数，其对应的典型数据时程见图4所示。所述板梁前2阶自振频率识别模块(1.2)与滤波与有效分析样本筛选模块(1.3)连接，利用监测数据时间戳对所述原始数据集[R]进行多测点时间同步校正，截取无车脉动数据段进行Fourier变换，包括频谱识别板桥的前2阶自振频率：第一阶频率f1对应板桥整体纵向(指板梁纵轴向)弯曲振型、第二阶频率f2对应板桥整体扭转振型。所述滤波与有效分析样本筛选模块(1.3)，对数据库中每个测点的监测数据ri进行车行激励段(如图4所示)子样本截取得到车行激励段子样集对车行激励段子样集任一行数据子样进行低通滤波，低通滤波的上截止频率f取(f＝(f1+f2)/2)，当低通滤波后的信号残值能量占滤波前信号能量比小于80％时，丢弃此行数据，否则保留并对所有数据进行遍历筛选，生成有效分析样本集[S](3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种识别板梁桥铰缝损伤的监测系统，其特征在于，包括：由现场测点构成的传感采集系统、现场上位机与通信模块、云服务器与数据库，损伤状态终端显示模块；/n所述传感采集系统，在正常车行下安装与板梁拼装数量相适应的加速度传感器测点，一根板梁至少布置一个测点，由现场布设的各个测试点构成采测点阵，采集通过对正常车行下与板梁拼装数量相适应测点的监测数据；/n所述现场上位机与通信模块，上位机与各个加速度传感器的输出连接，获得各个传感加速度数据和测点位置序号数据，再通过通信模块将这些监测数据上传至云服务器与数据库；同时，上位机也通过通信模块接收云服务器与数据库作为平台对现场上位机的控制；/n所述云服务器与数据库包括数据库、数据分析处理模块、监测损伤判定模块，其中：/n所述数据库接收上位机传来的现场监测数据；/n所述数据分析处理模块与数据库连接，通过对各测点监测数据进行多点时间同步、样本截取、低通滤波、筛选等预处理，生成有效分析样本集[S]；计算有效分析样本的信号能量集[E]，并计算板桥振动能量横向传递率集[D]；计算铰缝损伤状态指标cr

【技术特征摘要】
1.一种识别板梁桥铰缝损伤的监测系统，其特征在于，包括：由现场测点构成的传感采集系统、现场上位机与通信模块、云服务器与数据库，损伤状态终端显示模块；
所述传感采集系统，在正常车行下安装与板梁拼装数量相适应的加速度传感器测点，一根板梁至少布置一个测点，由现场布设的各个测试点构成采测点阵，采集通过对正常车行下与板梁拼装数量相适应测点的监测数据；
所述现场上位机与通信模块，上位机与各个加速度传感器的输出连接，获得各个传感加速度数据和测点位置序号数据，再通过通信模块将这些监测数据上传至云服务器与数据库；同时，上位机也通过通信模块接收云服务器与数据库作为平台对现场上位机的控制；
所述云服务器与数据库包括数据库、数据分析处理模块、监测损伤判定模块，其中：
所述数据库接收上位机传来的现场监测数据；
所述数据分析处理模块与数据库连接，通过对各测点监测数据进行多点时间同步、样本截取、低通滤波、筛选等预处理，生成有效分析样本集[S]；计算有效分析样本的信号能量集[E]，并计算板桥振动能量横向传递率集[D]；计算铰缝损伤状态指标crk，生成铰缝损伤状态向量{CR}；
所述监测损伤判定模块，由{CR}计算铰缝损伤状态统计评估指标Fstj，根据Fstj进行铰缝损伤状态统计评定；
所述损失状态终端显示模块与云服务器与数据库通信连接，使用者随时随地登陆互联网获知现场各个桥段的监测安全情况。


2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，在现场安设n个加速度传感器，与板梁的拼装数量n相适应(每根板梁下测点数不少于1个)，获取每根板梁底部的振动响应数据，生成车辆行经产生的板梁振动监测原始数据集；板桥的铰缝是联系各根板梁横向整体参与工作的结构部件，车辆行经板桥桥面时引发直接承托车辆处板梁(与车轮对应的板梁)的振动，由于板梁间结构铰缝的作用，振动经铰缝进行横向传递，从而表现为多根板梁参与的整体振动：铰缝完好时，车行引发的板梁振动能量经铰缝进行有效的横向传递，所有板梁均参与振动；铰缝失效时能量无法横向传递，振动仅限于直接参与承托车辆的个别板梁；
数据分析处理模块软件包括预处理模块(1.1)、板梁前2阶自振频率识别模块(1.2)、滤波与有效分析样本筛选模块(1.3)、计算模块，其中：
所述预处理模块(1.1)对现场监测数据进行多点时间同步、样本截取、低通滤波、筛选等预处理，用于构建数据库的监测板梁振动原始数据集[R]＝[r1…ri…rn](1)；
所述数据库与板梁前2阶自振频率识别模块(1.2)连接，所述板梁前2阶自振频率识别模块(1.2)从数据库中获取监测板梁振动原始数据集。
所述监测板梁振动原始数据集(1)中[R]表示原始数据集，ri表示第i个测点的获得的监测数据时程，n为测点总数；
所述板梁前2阶自振频率识别模块(1.2)与滤波与有效分析样本筛选模块(1.3)连接，利用监测数据时间戳对所述原始数据集[R]进行多测点时间同步校正，截取无车脉动数据段进行Fourier变换，包括频谱识别板桥的前2阶自振频率：第一阶频率f1对应板桥整体纵向(指板梁纵轴向)弯曲振型、第二阶频率f2对应板桥整体扭转振型；
所述滤波与有效分析样本筛选模块(1.3)，对数据库中每个测点的监测数据ri进行车行激励段子样本截取得到车行激励段子样集(2)；对车行激励段子样集(2)任一行数据子样进行低通滤波，低通滤波的上截止频率f取(f＝(f1+f2)/2)，当低通滤波后的信号残值能量占滤波前信号能量比小于80％时，丢弃此行数据，否则保留并对所有数据进行遍历筛选，生成有效分析样本集[S](3)；
所述车行激励段子样集
式中m为数据库中ri包含的车行激励段子样本总数，n为测点总数，表示第i个测点获取的第j次(筛选前的样本编号)车行激励段样本。
所述有效分析样本集
其中：l为有效样本总数(l≤m)，是经筛选后保留的有效样本总数，ski表示第i测点获取的第k次(筛选后的样本编号)车行激励段有效分析样本，其余符号同前。
所述计算模块包括有效样本能量集[E]计算模块、板桥振动能量横向传递率集[D]计算模块、铰缝损伤状态指标Crk计算模块；
所述有效样本能量集[E]计算模块：对滤波与有效分析样本筛选模块(1.3)中有效样本集[S]的第i行数据计算信号能量，时序样本ski的信号能量eki由式(4)计算：



式中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周球尚，宗刚，任晓崧，
申请(专利权)人：上海递革检测有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31