一种桥面粗糙度检测系统技术方案

本发明专利技术提供一种桥面粗糙度检测系统，包括现场测量系统、数据分析处理平台、数据输出及显示终端；现场测量系统为两连接测量车系统，包括前后两个相互物理连接的可移动牵引车车体，每个可移动车体上安装有加速度传感器采集模块；两连接的测量车系统匀速行驶过待测桥梁，信号采集系统分别采集测量车系统所包含的前后两个单轴车过桥过程中的竖向加速度响应

【技术实现步骤摘要】
一种桥面粗糙度检测系统
本专利技术属于桥梁维护管理
，具体涉及一种基于两连接测量车系统接触点位移影响线的桥面粗糙度检测系统。
技术介绍
路面粗糙度是桥梁表面相对于理想光滑平面的偏差，是影响车桥系统耦合振动的决定性因素。一方面，它会作用于桥上车辆，使其产生振动响应，特别是竖向振动，影响车辆运行平稳性和安全性；另一方面，被激起的车辆震荡又会反作用于桥梁，放大桥梁结构动力效应。随着服役时间增长、交通载荷日趋密集且超载现象频发、环境侵蚀等不利情况的积累，桥梁路面会持续恶化，增大交通事故风险。因此，路面粗糙度已成为桥梁维护管理的重要量测指标之一，其对于评估服役桥梁的路面质量与行车舒适度、评估车辆疲劳荷载的统计变异性、减少车辆的滚动摩阻力以降低其零部件磨损等具有重要意义。目前，对于桥面粗糙度的量测，无异于道路路面粗糙度的量测，使用最为普遍的方法是“直接量测”。总体上来讲，“直接量测”方法可分为两类：(1)基于视觉的主观检查；(2)基于量测设备的量测。然而，直接量测方法存在以下问题：(1)基于视觉的主观检查，具有较强的主观性，在很大程度上依赖于检查者的经验水平等；(2)借助量测设备的量测方法，通常涉及到诸多量测设备，如激光轮廓仪、激光雷达系统、机载激光扫描仪等，这些专业量测设备的应用受限于其高昂的成本及专业化的操作技术，无法进行普适性的测量，难以有效解决我国数十万公路桥梁的极大需求。最接近现有技术：近年来，基于车辆响应的路面粗糙度测量方法应运而生，也称“间接测量法”。其工作原理是通过将加速度传感器安装于测量车上，当测量车驶过待测路面时，由于受路面粗糙度激励，车载传感器拾取信号中势必包含有粗糙度信息，通过信号处理可获取路面粗糙度信息。该方法由于具有快速、经济、易于操作、机动性强等特点而受到世界各地学者的青睐，其有效性与高效性得到了充分验证。
技术实现思路
最接近现有的只适用于识别常规道路的路面粗糙度方法，无法准确用于识别桥梁路面的粗糙度。其原因是，由于车桥耦合效应，车辆响应中不仅包含路面粗糙度信息，也包含桥梁的竖向振动位移，而后者阻止了采用传统方法胜任精确识别桥梁路面粗糙度的可能。本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于两连接测量车接触点位移影响线的桥面粗糙度检测系统。本专利技术策略为：从车辆响应中消除桥梁竖向位移，以获得“纯净”的路面粗糙度信息，实现对桥面粗糙度的精准识别。核心思想为：基于影响线原理与前、后两车空间位置关系，建立前、后车接触点处桥梁竖向位移u1(x-d)和u2(x-d)的近似相关关系(定义为“静态相关系数”)，其可为桥梁竖向位移和桥面粗糙度的解耦提供附加约束条件，以此从前、后两车体响应中消除桥梁竖向位移，达到精准识别路面粗糙度的目的。本专利技术检测系统可替代传统且昂贵的仪器设备，实现对桥梁路面状况的快速检测，且有效避免封路作业带来的交通堵塞。需要保护的技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的方法技术方案：一种桥面粗糙度检测系统，其特征在于，包括现场测量系统、数据分析处理平台、数据输出及显示终端；所述现场测量系统为两连接测量车系统，包括前后两个相互物理连接的可移动牵引车车体，每个可移动车体上安装有加速度传感器、数据转换模块、通信模块、处理单元、电路板，加速度传感器为采集模块，采集模块、数据转换模块、通信模块通过电路板分别与处理单元连接，由处理单元管理现场测量系统；牵引车设备提供系统动力，拉动两连接的测量车系统匀速行驶过待测桥梁，信号采集系统分别采集测量车系统所包含的前后两个单轴车过桥过程中的竖向加速度响应与通过数据转换模块，获得采集的数字信号；在处理单元管理下，通过通信模块向远端数据分析处理平台上传采集的数字信号；通过数据分析处理平台，包括数据库和分析模块，数据库用于存储现场发来的采集信号，所述分析模块运行计算公式(7)以获得桥面粗糙度：式中：vr1和vr2分别为前、后两车的总时程响应；kv1，kv2分别为前后两车的悬挂刚度，均为已知量；由式(4)求得，其仅与桥梁影响线系数有关；将实时计算得到的牵引车测量系统行经的桥面粗糙度，通过客户端实时显示出该桥面粗糙度，以及后续利用桥面粗糙度对桥面制定正确的管理政策和实施有效管理。具体的，所述的桥面粗糙度检测系统，其特征在于，加速度传感器固定于前后两车轮轴中心正上方的车厢位置或分别固定于前后两车轮轴中心位置。以上系统技术方案的方法基础：(1)安装两连接测量车系统加速度传感器：将加速度传感器S1、S2分别固定于前后两车轮轴中心正上方的车厢位置(或分别固定于前后两车轮轴中心位置)，见附图2；(2)牵引车设备提供系统动力，拉动两连接的测量车系统匀速行驶过待测桥梁，信号采集系统分别采集测量车系统所包含的前后两个单轴车过桥过程中的竖向加速度响应与前、后两车的动力平衡方程表示为：(3)对步骤(2)中所得的测量车系统加速度响应与分别对时间t进行积分得到速度响应与再次积分得到位移响应与y2(t)；上两式中包含三个未知量，u1(x-d),u2(x-d),和r(x-d)。为求得桥面粗糙度r(x-d)，须建立u1(x-d)和u2(x-d)之间的相关性，此为本专利技术的核心。(4)由于测量车系统质量远小于桥梁质量，移动车辆引起的桥梁接触点动力位移与车体重力作用产生的静力位移近似相等，表示为：u1(x)≈δ11(x)·mv1g+δ12(x)·mv2g(2a)u2(x-d)≈δ21(x-d)·mv1g+δ22(x-d)·mv2g(2b)式中，g为重力加速度，δij(λ)表示影响线系数。据上式可建立前、后车体接触点桥梁位移响应u1(x-d)和u2(x-d)之间的相关函数关系，即静态相关系数式中，α＝mv2/mv1，为前、后车质量比。将式(3)代入式(1)，可消除未知量u2(x-d)，如下：此时，方程组(5)中包含两独立未知量u1(x-d)和r(x-d)，其与约束方程数量一致，即方程组为满秩，可求得未知量r(x-d)的唯一解。对方程组(5)进行数学变换，如下：对式(6a)两侧同时乘以然后减去式(6b)，即可消除桥梁位移u1(x-d)，最终获得桥面粗糙度：vr1和vr2分别为前、后两车的总时程响应；kv1，kv2分别为前后两车的悬挂刚度，均为已知量；可由式(4)求得，其仅与桥梁影响线系数有关。附图说明实施例1图1为本专利技术方法原理流程示意图；图2为本专利技术方法的两连接测量车系统及传感器布置方案；图3为本专利技术实施例1中用于理论验证的两连接测量车系统力学模型；实施例2图4是本专利技术实施例2检测系统构成及运行原理示意图。实施例3图5为本专利技术实施例3中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种桥面粗糙度检测系统，其特征在于，包括现场测量系统、数据分析处理平台、数据输出及显示终端；/n所述现场测量系统为两连接测量车系统，包括前后两个相互物理连接的可移动牵引车车体，每个可移动车体上安装有加速度传感器、数据转换模块、通信模块、处理单元、电路板，加速度传感器为采集模块，采集模块、数据转换模块、通信模块通过电路板分别与处理单元连接，由处理单元管理现场测量系统；牵引车设备提供系统动力，拉动两连接的测量车系统匀速行驶过待测桥梁，信号采集系统分别采集测量车系统所包含的前后两个单轴车过桥过程中的竖向加速度响应

【技术特征摘要】
1.一种桥面粗糙度检测系统，其特征在于，包括现场测量系统、数据分析处理平台、数据输出及显示终端；
所述现场测量系统为两连接测量车系统，包括前后两个相互物理连接的可移动牵引车车体，每个可移动车体上安装有加速度传感器、数据转换模块、通信模块、处理单元、电路板，加速度传感器为采集模块，采集模块、数据转换模块、通信模块通过电路板分别与处理单元连接，由处理单元管理现场测量系统；牵引车设备提供系统动力，拉动两连接的测量车系统匀速行驶过待测桥梁，信号采集系统分别采集测量车系统所包含的前后两个单轴车过桥过程中的竖向加速度响应与
通过数据转换模块，获得采集的数字信号；
在处理单元管理下，通过通信模块向远端数据分析处理平台上传采集的数字信号；

【专利技术属性】
技术研发人员：杨永斌，王志鲁，王保全，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50