一种连续梁桥预制拼装施工的线形自动测量及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种连续梁桥预制拼装施工的线形自动测量及控制方法，包下如下步骤：无线应变传感器的布置：依据施工拼装的顺序和梁段的结构形式在每个预制梁段的顶板和底板顺桥向布置无线应变传感器；应变信息的采集与传输：根据需求设置无线应变传感器的采集时间间隔，每隔一定时间读取一次梁段的应变数据，并将采集的应变数据通过无线网络传输至云端；梁段竖向位移的计算：通过将采集的应变信息输入基于小变形理论和转角‑位移公式推导出的梁段竖向位移转化公式得到每个梁段的竖向位移；神经网络模型的搭建。本发明专利技术基于神经网络技术建立随施工进程不断更新的梁段应变与竖向位移的复杂关系，来实现预制拼装连续梁桥结构线形的控制。

A linear automatic measurement and control method for prefabrication and assembly of continuous beam bridge

【技术实现步骤摘要】
一种连续梁桥预制拼装施工的线形自动测量及控制方法
本专利技术涉及一种桥梁线形自动测量及控制方法，尤其涉及一种连续梁桥预制拼装施工的线形自动测量及控制方法。
技术介绍
近年来，随着我国经济的快速发展，桥梁建设也不断的飞速发展。预应力混凝土桥梁预制拼装施工方法及其技术的应用，极大地促进了我国桥梁建设事业的发展。预制拼装法一般是将桥梁的主梁沿顺桥向划分为若干个节段，通过将预制成形的梁节段吊装至相应的位置，然后张拉预应力使各个梁节段连接成一个可以承载的桥梁结构。而对于悬臂拼装施工的预应力连续梁桥来说，桥梁最终的成桥结构在施工中要经历一个复杂的过程，且施工期间桥梁结构体系也随着施工阶段的不同而不断的变化。在施工过程中因设计误差(材料特性、徐变收缩等)、施工误差(梁段重量、安装误差等)、测量误差及结构模型的误差等因素，将导致施工过程中桥梁的线形与设计线形存在一定的偏差，严重影响桥梁后续的施工和成桥的质量。施工线形监控主要根据设计文件和施工方案对桥梁的每个梁段的标高进行试算，并结合施工监测的标高数据对误差进行分析，及时调整后续梁段的标高，以确保施工过程中结构的可靠度和安全性，确保合拢精度和体系转换的顺利进行。目前，桥梁施工中进行线形测量的主要手段有：全站仪、自动全站仪、GPS测量仪、激光测量仪等，这些传感器均能在一定程度上对目标变形或位移进行较为准确的测量，但各自也有不可克服的缺陷。其中全站仪需要人工采集大量数据，自动化程度低；自动全站仪的内业和外业工作量大，观测容易受到天气和其他外界条件的影响；GPS测量仪受卫星状况和对空通视的影响较大；激光测量仪受天气、测量目标的地理环境等因素的影响较大，精度容易产生较大误差。现阶段随着云计算、5G、大数据和AI技术以及物联网技术的爆发，无线传感器的技术逐渐进入了人们的视野。无线传感器的组成模块封装在一个外壳内，在工作时它将由电池或振动发电机提供电源，构成无线传感器网络节点，由随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信模块的微型节点，通过自组织的方式构成网络。虽然无线传感器的种类繁多，但是他们大部分都包含感知模块、信息处理模块、无线通信模块、能量供应模块等四大模块。随着热敏元件等物理元件的不断发展，感知模块能更加精确的测量监控目标的物理学信息。而微电子处理器的更新换代则为信息处理模块更快的存储采集数据和协调传感器各节点工作提供了良好的基础。无线传感器为预制拼装桥梁结构线形快速监测带来了新的转机。神经网络由大量的处理单元广泛地互相连接而形成的复杂网络系统，是一种高度复杂的非线性学习系统。经过几十年的发展，神经网络在模式识别、自动控制、信号处理、辅助决策等众多研究领域取得了广泛的发展。神经网络由于其独特的模型结构和固有的非线性模拟能力，以及高度的自适应和容错特性等突出特征，在桥梁线形控制系统中获得了广泛的应用。其在线形控制器框架结构的基础上，加入了非线性自适应学习机制，从而使控制器具有更好的性能。神经网络是一个高度非线性系统，能有效建立各变量之间的复杂非线性关系。因此，为了更好的指导结构设计和发挥结构性能，亟待发展一种连续梁桥预制拼装施工的线形自动测量及控制方法。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种能够对预制拼装施工中桥梁的线形进行快速准确的测量，解决传统的人工监测所带来的缺陷，减少工作量，提高监测效率以及降低人工成本的连续梁桥预制拼装施工的线形自动测量及控制方法。技术方案：为实现以上目的，本专利技术公开了一种连续梁桥预制拼装施工的线形自动测量及控制方法，包括如下步骤：(1)、无线应变传感器的布置：依据施工拼装的顺序和梁段的结构形式在每个预制梁段的顶板和底板顺桥向布置无线应变传感器；(2)、应变信息的采集与传输：根据需求设置无线应变传感器的采集时间间隔，每隔一定时间读取一次梁段的应变数据，并将采集的应变数据通过无线网络传输至云端；(3)、梁段竖向位移的计算：通过将采集的应变信息输入基于小变形理论和转角-位移公式推导出的梁段竖向位移转化公式得到每个梁段的竖向位移；(4)、神经网络模型的搭建：首先将采集的应变信息转化为竖向位移信息，其次考虑不同梁段之间的相互影响，以已施工梁段的应变数据、已施工的悬臂长度和计算得到的已施工梁段位移数据作为输入数据，后续待安装梁段的竖向位移作为输出数据，训练出一个满足误差要求的连续梁桥结构线形控制神经网络模型。其中，所述步骤(1)中无线应变传感器的具体布置方法为：依据施工顺序以桥梁中墩柱为轴线对预制拼装桥梁的梁段从0至n对称进行编号，根据施工编号第n号梁段的长度为Ln；在已编号梁段的顶板和底板顺桥向安装无线应变传感器，墩柱右侧第n号梁段的顶板处的无线应变传感器编号为SYnu1、SYnu2、SYnu3…SYnun，底板处的无线应变传感器的编号为SYnd1、SYnd2、SYnd3…SYndn，墩柱左侧第n号梁段的顶板处无线应变传感器的编号为SXnu1、SXnu2、SXnu3…SYnun，底板处无线应变传感器的编号为SXnd1、SXnd2、SXnd3…SXndn。优选地，所述步骤(2)中应变信息的采集与传输的具体方法为：梁段初步安装完成时读取一次应变数据，后续每安装一个梁段读取一次该梁段的应变数据，即当安装第n号梁段时读取1次该梁段的应变数据，读取n+1次第n-1号梁段的应变数据，并将采集的应变数据通过无线网络传输至云端存储。再者，所述步骤(3)中梁段竖向位移的具体计算方法为：对编号为n长度为Ln的梁段而言，当其施工完成后，其结构产生竖向的位移Δxn，布置在梁段顶板的无线应变传感器SYnu1、SYnu2、SYnu3…SYnun和梁段底板的无线应变传感器SYnd1、SYnd2、SYnd3…SYndn会发生相应的变化，由于梁段结构的刚度大且产生的竖向弯曲变形小，假定梁段的中轴线为直线，则因弯曲产生的标准梁段顶端的竖向位移Δxn可通过标准梁段截面的转角θn求得；同理，当n号梁段施工完成后，n-1号梁段产生的转角θn-1,n和竖向位移Δxn-1,n，通过布设在梁段的无线应变传感器测量梁段的应变，并依据监测断面顶板和底板的应变差值推导得到该梁段监测断面的转角θn，从而得出每个梁段的竖向位移Δxn，具体推导过程如下：第n号梁段施工完成后，其顶板的各个测点无线应变传感器第1次应变读数分别为εn,u,1,1、εn,u,2,1、εn,u,3,1、…、εn,u,n,1，底板的各个测点无线应变传感器第1次应变的读数分别为εn,d,11、εn,d,2,1、εn,d,3,1、…、εn,d,n,1，顶板的应变Δεn,1,1为：其中，Δεn,1,1为顶板第1次的应变测量值；底板的应变Δεn,2,1为：其中，Δεn，2，1为底板第1次的应变测量值；n号梁段安装完成时的初始转角θn为：其中，θn为第n号块的初始转角，D为预制梁段的高度，εn，d，j，1为n号块下底板各测点无线应变传感器第1次的应变读数，εn，u，i，1为n号块上顶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续梁桥预制拼装施工的线形自动测量及控制方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)、无线应变传感器的布置：依据施工拼装的顺序和梁段的结构形式在每个预制梁段的顶板和底板顺桥向布置无线应变传感器；/n(2)、应变信息的采集与传输：根据需求设置无线应变传感器的采集时间间隔，每隔一定时间读取一次梁段的应变数据，并将采集的应变数据通过无线网络传输至云端；/n(3)、梁段竖向位移的计算：通过将采集的应变信息输入基于小变形理论和转角-位移公式推导出的梁段竖向位移转化公式得到每个梁段的竖向位移；/n(4)、神经网络模型的搭建：首先将采集的应变信息转化为竖向位移信息，其次考虑不同梁段之间的相互影响，以已施工梁段的应变数据、已施工的悬臂长度和计算得到的已施工梁段位移数据作为输入数据，后续待安装梁段的竖向位移作为输出数据，训练出一个满足误差要求的连续梁桥结构线形控制神经网络模型。/n

【技术特征摘要】
1.一种连续梁桥预制拼装施工的线形自动测量及控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)、无线应变传感器的布置：依据施工拼装的顺序和梁段的结构形式在每个预制梁段的顶板和底板顺桥向布置无线应变传感器；
(2)、应变信息的采集与传输：根据需求设置无线应变传感器的采集时间间隔，每隔一定时间读取一次梁段的应变数据，并将采集的应变数据通过无线网络传输至云端；
(3)、梁段竖向位移的计算：通过将采集的应变信息输入基于小变形理论和转角-位移公式推导出的梁段竖向位移转化公式得到每个梁段的竖向位移；
(4)、神经网络模型的搭建：首先将采集的应变信息转化为竖向位移信息，其次考虑不同梁段之间的相互影响，以已施工梁段的应变数据、已施工的悬臂长度和计算得到的已施工梁段位移数据作为输入数据，后续待安装梁段的竖向位移作为输出数据，训练出一个满足误差要求的连续梁桥结构线形控制神经网络模型。


2.根据权利要求1所述的一种连续梁桥预制拼装施工的线形自动测量及控制方法，其特征在于：所述步骤(1)中无线应变传感器的具体布置方法为：
依据施工顺序以桥梁中墩柱为轴线对预制拼装桥梁的梁段从0至n对称进行编号，根据施工编号第n号梁段的长度为Ln；在已编号梁段的顶板和底板顺桥向安装无线应变传感器，墩柱右侧第n号梁段的顶板处的无线应变传感器编号为SYnu1、SYnu2、SYnu3…SYnun，底板处的无线应变传感器的编号为SYnd1、SYnd2、SYnd3…SYndn，墩柱左侧第n号梁段的顶板处无线应变传感器的编号为SXnu1、SXnu2、SXnu3…SYnun，底板处无线应变传感器的编号为SXnd1、SXnd2、SXnd3…SXndn。


3.根据权利要求2所述的一种连续梁桥预制拼装施工的线形自动测量及控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中应变信息的采集与传输的具体方法为：
梁段初步安装完成时读取一次应变数据，后续每安装一个梁段读取一次该梁段的应变数据，即当安装第n号梁段时读取1次该梁段的应变数据，读取n+1次第n-1号梁段的应变数据，并将采集的应变数据通过无线网络传输至云端存储。


4.根据权利要求3所述的一种连续梁桥预制拼装施工的线形自动测量及控制方法，其特征在于：所述步骤(3)中梁段竖向位移的具体计算方法为：
对编号为n长度为Ln的梁段而言，当其施工完成后，其结构产生竖向的位移Δxn，布置在梁段顶板的无线应变传感器SYnu1、SYnu2、SYnu3…SYnun和梁段底板的无线应变传感器SYnd1、SYnd2、SYnd3…SYndn会发生相应的变化，由于梁段结构的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩，茅建校，卫俊岭，谢以顺，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32