用于实验教学的桥梁仿真检测方法及系统技术方案

本发明专利技术提供的用于实验教学的桥梁仿真检测方法及系统，方法包括：建立桥梁模型，并在桥梁模型布置用于采集桥梁状态数据的数据采集模块，编制荷载试验加载方案，根据加载方案使桥梁处于不同的荷载条件下，采集桥梁处于不同的荷载条件下的桥梁状态数据，对桥梁状态数据进行处理，获取桥梁检测结果；本发明专利技术中的用于实验教学的桥梁仿真检测方法及系统，使用可设计的桥梁模型，能够便捷地拼装各种桥梁，本发明专利技术具有结构简单、成本低廉，适用于进行大面积教学推广，能够很好地用于桥梁静、动力荷载试验和健康监测方面的教学。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及桥梁及通信领域，尤其涉及一种用于实验教学的桥梁仿真检测方法及系统。
技术介绍
随着我国公桥梁事业的发展，桥梁越来越多，同时既有的许多桥梁亦逐渐进入了养护维修阶段。而且随着时间的推移，其数量还在不断增长，桥梁管理者对桥梁的养护已日益重视。桥梁在竣工验收和营运使用一段时间后均通过静、动力荷载试验对其承载能力、技术状况等进行检测，大型桥梁在营运使用期间也需通过在线健康监测随时了解其使用状况和安全性。我国前几年大量投入建设的公路工程等基础设施，近年来已普遍进入维护保养期，对桥梁的检测评定和健康监测成为长期且急迫的社会需求。目前，在高校的桥梁检测的教学过程中，理论教学无法替代实践教学的作用。上述相关内容的没有较好的试验教学方法，难以使学生对桥梁工程实体和试验检测工作有系统、全面地认知、理解和掌握，教学效果普遍较差。原因主要在于：真实桥梁的静、动力荷载试验和健康监测均需要实际工程项目作为支撑，需投入巨大的人力、物力资源，试验周期较长，一般不能重复试验，学生参加实践的机会很少，即使让学生到现场参观实习，除存在安全风险外，学生也只能看到局部的试验工作，而大量的结构计算、数据分析、安全评估等工作都无法参与和了解。由于传统土工工程实践教学所采用的模型一般为混凝土构件、钢构件等，难以自行拼装、搭建，一般以验证性试验为主，相对其他专业而言学生难以独立完成自主性、创新性试验，学生的学习兴趣和积极性不高，教学效果不好。因此，亟需一种新的技术手段，能够解决桥梁检测教学中存在的现场试验需要以实际桥梁为依托、现场组织管理困难、成本高、风险大的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种用于实验教学的桥梁仿真检测方法及系统，以解决上述问题。本专利技术提供的用于实验教学的桥梁仿真检测方法,包括a.建立桥梁模型，并在桥梁模型布置用于采集桥梁状态数据的数据采集模块，b.编制荷载试验加载方案，根据加载方案使桥梁处于不同的荷载条件下，c.采集桥梁处于不同的荷载条件下的桥梁状态数据，对桥梁状态数据进行处理，获取桥梁检测结果。进一步，所述建立桥梁模型包括建立不同结构类型的实体桥梁模型，以及建立与实体桥梁模型等比例的数字桥梁模型，所述数字桥梁模型与实体桥梁模型结构类型相同。进一步，根据不同结构类型的实体桥梁模型、荷载的加载位置及荷载等级，设置桥梁检测的荷载试验加载方案，根据桥梁模型在不同荷载条件下的反应各个部位的力学响应的桥梁状态数据，输出统计图表，并生成评价报告。进一步，预设桥梁状态的安全阈值，当桥梁状态检测分析单元检测的桥梁状态数据超过安全阈值上限时，进行自动报警，并停止加载。进一步，所述桥梁状态数据包括桥梁各个部位的应力、挠度、裂缝、振动频率和类型，通过将实测的桥梁状态数据与预设的理论计算结果进行对比，对桥梁状态进行分析评价。本专利技术还提供一种用于实验教学的桥梁仿真检测系统，包括桥梁模型，用于仿真搭建模拟桥梁结构，加载控制单元，用于控制桥梁模型荷载变化，检测终端，用于根据桥梁荷载变化对桥梁状态进行分析，获取桥梁检测结果。进一步，所述桥梁模型包括不同结构类型的实体桥梁模型，以及与实体桥梁模型等比例的数字桥梁模型，所述数字桥梁模型与实体桥梁模型结构类型相同。进一步，所述检测终端包括桥梁状态检测分析单元、显示模块、输入模块和中央处理器，所述显示模块和输入模块分别与中央处理器连接，所述中央处理器与桥梁状态检测分析单元连接；所述桥梁状态检测分析单元包括数据采集模块、数据分析模块和评估模块，数据采集模块将采集到的桥梁状态数据传递至数据分析模块，所述数据分析模块根据采集到的模型车运动时的桥梁状态数据输出统计图表，评估模块根据统计图表生成评价报告。进一步，还包括报警单元，预设桥梁状态的安全阈值，当桥梁状态检测分析单元检测的桥梁状态数据超过安全阈值上限时，中央处理器控制报警单元发出报警，并控制驱动装置停止工作。进一步，数据采集模块包括应变传感器、位移传感器、压力传感器、加速度传感器和温度传感器，数据分析模块根据采集的桥梁模型的桥梁状态数据，获取桥梁各个部位的应力、挠度、裂缝、振动频率和类型。本专利技术的有益效果：本专利技术中的用于实验教学的桥梁仿真检测方法及系统，使用可设计的桥梁模型，能够便捷地拼装各种桥梁，还能通过削弱构件间的连接等手段模拟桥梁构件的开裂、损伤，或根据想象将多个构件自由组合、拼装，设计新型结构、新桥型，并对其进行加载试验，通过测试得到虚拟的试验数据，评判加载方案是否合理，并根据试验数据分析评价桥梁的承载能力和安全性，本专利技术具有结构简单、成本低廉，适用于进行大面积教学推广，能够很好地用于桥梁静、动力荷载试验和健康监测方面的教学。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述：图1是本专利技术的原理示意图。图2是本专利技术的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述：图1是本专利技术的原理示意图。图2是本专利技术的结构示意图。如图1所示，本实施例中的用于实验教学的桥梁仿真检测方法及系统，其方法包括a.建立桥梁模型，并在桥梁模型布置用于采集桥梁状态数据的数据采集模块，b.编制荷载试验加载方案，根据加载方案使桥梁处于不同的荷载条件下，c.采集桥梁处于不同的荷载条件下的桥梁状态数据，对桥梁状态数据进行处理，获取桥梁检测结果。建立桥梁模型包括建立不同结构类型的实体桥梁模型，以及建立与实体桥梁模型等比例的数字桥梁模型，所述数字桥梁模型与实体桥梁模型结构类型相同。根据不同结构类型的实体桥梁模型、荷载的加载位置及荷载等级，设置桥梁检测的荷载试验加载方案，根据桥梁模型在不同荷载条件下的反应各个部位的力学响应的桥梁状态数据，输出统计图表，并生成评价报告。在本实施中，可选多种桥型(简支梁桥、连续梁桥、连续钢构桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥等)进行分析评价，可设置桥梁跨径、构件尺寸、荷载等级等参数以及缺陷设置等，自动建立结构模型，根据所选桥型的受力特点，合理确定最不利的控制截面，通过输出相应截面的内力影响线(预先由桥型、跨径等条件计算得到，根据学生选择调用)，在内力影响线上进行最不利布载以确定设计控制内力、荷载试验内力、试验荷载大小及荷载效率等，并编制荷载试验加载方案(确定加载车数量、加载工况、加载位置、荷载分级等)，在建立的数字桥梁模型上布设虚拟的传感器，以观测荷载作用下的各种力学响应，传感器包括：应变计、位移计、水准仪、水准标尺、裂缝测宽仪、加速度传感器、温度计等，根据预定的加载方案，模拟试验加载车辆对桥梁进行加载试验，加载过程中结构模型上布设的虚拟传感器会输出量值并记录，可通过图片、图表、数值等形式观察桥梁结构的应力(应变)、挠度、裂缝等变化。软件预先针对不同桥型、荷载等级、加载位置等计算出桥梁各部位的应变、挠度、裂缝部位、裂缝长宽等理论结果，在实验过程中用随机变量加以控制，使虚拟传感器的输出量值在一定范围内随机波动，以模拟正常桥梁和不正常桥梁的响应，反映工程结构力学性能的离散性，当荷载作用下虚拟传感器的输出量值超过预设的安全阈值时，系统报警并暂停试验，学生应进行分析后决定继续加载或终止试验；如学生编制的试验方案不合理(荷载过大、加载位置不合理等)，软件会出现桥梁模型垮塌的情况，提示学生重新编制加载方案。根据测试数据，生成统计图表，绘制荷载作用下的荷载-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于实验教学的桥梁仿真检测方法，其特征在于：包括a.建立桥梁模型，并在桥梁模型布置用于采集桥梁状态数据的数据采集模块，b.编制荷载试验加载方案，根据加载方案使桥梁处于不同的荷载条件下，c.采集桥梁处于不同的荷载条件下的桥梁状态数据，对桥梁状态数据进行处理，获取桥梁检测结果。

【技术特征摘要】
1.一种用于实验教学的桥梁仿真检测方法，其特征在于：包括a.建立桥梁模型，并在桥梁模型布置用于采集桥梁状态数据的数据采集模块，b.编制荷载试验加载方案，根据加载方案使桥梁处于不同的荷载条件下，c.采集桥梁处于不同的荷载条件下的桥梁状态数据，对桥梁状态数据进行处理，获取桥梁检测结果。2.根据权利要求1所述的用于实验教学的桥梁仿真检测方法，其特征在于：所述建立桥梁模型包括建立不同结构类型的实体桥梁模型，以及建立与实体桥梁模型等比例的数字桥梁模型，所述数字桥梁模型与实体桥梁模型结构类型相同。3.根据权利要求2所述的用于实验教学的桥梁仿真检测方法，其特征在于：根据不同结构类型的实体桥梁模型、荷载的加载位置及荷载等级，设置桥梁检测的荷载试验加载方案，根据桥梁模型在不同荷载条件下的反应各个部位的力学响应的桥梁状态数据，输出统计图表，并生成评价报告。4.根据权利要求3所述的用于实验教学的桥梁仿真检测方法，其特征在于：预设桥梁状态的安全阈值，当桥梁状态检测分析单元检测的桥梁状态数据超过安全阈值上限时，进行自动报警，并停止加载。5.根据权利要求1所述的用于实验教学的桥梁仿真检测方法，其特征在于：所述桥梁状态数据包括桥梁各个部位的应力、挠度、裂缝、振动频率和类型，通过将实测的桥梁状态数据与预设的理论计算结果进行对比，对桥梁状态进行分析评价。6.一种用于实验教学的桥梁仿真检测系统，其特征在于：包括桥梁模型，用于仿真搭建模拟桥梁...

【专利技术属性】
技术研发人员：何小兵，李博，曹晓川，杨刚，易铸，肖翔天，胡凯程，尹烽宇，
申请(专利权)人：重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50