一种基于加速度监测数据的桥梁裂缝识别装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种基于加速度监测数据的桥梁裂缝识别装置和方法，装置包括加速度传感器、底板、固定钢板和连接杆，所述连接杆一端与底板固定连接，连接杆另一端与固定钢板底侧固定连接，连接杆有四个，四个连接杆分别设置在底板的四角处，每个连接杆对应连接有一个固定钢板，固定钢板顶侧与桥梁结构底面固定连接，所述加速度传感器设置在底板上。本发明专利技术通过对加速度时程数据的统计分析，获得加速度的峰度特性，从而根据加速度的峰度特性进一步判断桥梁结构是否产生裂缝，实现了对裂缝的形成和开展过程的实时捕捉，本发明专利技术对桥梁裂缝的监测效果好，监测范围大。监测范围大。监测范围大。

【技术实现步骤摘要】
一种基于加速度监测数据的桥梁裂缝识别装置和方法


[0001]本专利技术涉及桥梁健康监测
，具体涉及到一种基于桥梁加速度监测数据识别桥梁裂缝的装置及方法。

技术介绍

[0002]裂缝是混凝土桥梁最为常见的病害之一，会导致桥梁刚度下降，加速钢筋锈蚀、承载能力降低，影响桥梁使用寿命和运营安全。据统计，超过90％的混凝土桥梁结构坏损是由裂缝所引起的。因此，需要及时对混凝土桥梁裂缝进行识别，检测裂缝是否发生扩展、延伸，判断裂缝是否达到桥梁损害的危险值，从而减少桥梁坍塌灾害的发生。
[0003]针对混凝土桥梁裂缝的传统检测方法包括人工测试法、裂缝测宽检测仪法、超声波检测法、摄影检测法等，虽然上述方法精度较高但只能检测已知位置的裂缝，仍属于定期检测方法，无法对裂缝的发生状态进行实时的跟踪和及时的预警。
[0004]随着传感器和通信技术的发展，结构健康监测系统在桥梁工程中得到了应用，裂缝传感器也在实桥中得到应用。但裂缝传感器的布设仅对已经发生的裂缝有效，且需要预先知道裂缝的发生位置，无法识别新发生的裂缝。此外，结构上的裂缝在车辆荷载作用下可能存在“闭合
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张开
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闭合”的非线性变化过程，上述方法无法反映裂缝的这一特征。
[0005]而在当下已有很多研究表明，裂缝发生后加速度幅值会发生明显变化，健康监测系统中的加速度传感器除了能用于模态识别外，还可以基于加速度监测数据跟踪裂缝形成、发展的全过程。然而，单个加速度传感器仅能布置在结构的一个点位上，监测范围有限，由于裂缝开展的随机性、梁体损坏和环境的耦合效应以及测量噪声的影响，这种局部损伤检测方法也难以精确实时地捕获桥梁局部损伤的形态，所以需要扩大监测范围，对一个区段的加速度进行监测。

技术实现思路

[0006]为解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提出了一种基于加速度监测数据的桥梁裂缝识别装置，包括加速度传感器、底板、固定钢板和连接杆，所述连接杆一端与底板固定连接，连接杆另一端与固定钢板底侧固定连接，连接杆有四个，四个连接杆分别设置在底板的四角处，每个连接杆对应连接有一个固定钢板，固定钢板顶侧与桥梁结构底面固定连接，所述加速度传感器设置在底板上。
[0007]优选的，所述固定钢板与桥梁结构通过螺栓连接，连接杆通过焊接与固定钢板连接，加速度传感器粘结在底板上，加速度传感器连接有用于分析处理加速度数据的计算机。
[0008]优选的，所述底板长度为桥梁结构长度的1/20
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1/10，底板厚度及连接杆的尺寸以前十阶内装置本身不产生较大的振型为原则来确定。
[0009]一种基于加速度监测数据的桥梁裂缝识别方法，包括以下步骤：S1：根据需要监测的桥梁结构尺寸设计裂缝识别装置，保证裂缝识别装置中底板的长度为桥梁结构长度的1/20
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1/10，建立桥梁结构的有限元模型及裂缝识别装置模型，通
过模态分析计算桥梁结构动力特性，并以前十阶内装置本身不产生较大的振型为原则，确定底板厚度及连接杆尺寸；S2：将裂缝识别装置通过螺栓固定至桥梁结构易发生裂缝的区域，如简支梁受弯裂缝为跨中区域，受剪裂缝为1/4跨区域，使裂缝识别装置位于区域的中心位置，加速度传感器采集区域内的加速度数据并传输至计算机；S3：利用小波包分解对获取的加速度时程数据进行预处理，去除数据中的干扰因素，获得桥梁结构在车辆荷载作用下的振动加速度时程数据，以裂缝识别装置安装后一段时间内得到的加速度时程作为桥梁初始状态，后续每经历同样的时间便对此时间内的加速度时程数据进行相同的预处理，对比后续时间段内获得的加速度时程数据与初始状态的加速度时程数据，获得桥梁结构在车辆荷载作用下的加速度时程数据对比图；S4：对运营后的桥梁，以一段时间为时间窗，对该时间段内的加速度时程数据进行统计分析，即利用峰度计算公式计算该时间段内的加速度峰度，此处加速度时程数据包括桥梁初始状态和桥梁运营一段时间后两种情况下的数据，计算加速度峰度的在时间窗内的变化，通过移动时间窗，计算每次移动后时间窗内的加速度峰度，获取加速度峰度的时程变化，通过对比桥梁初始状态及运营后加速度峰度变化，获得加速度峰度时程数据对比图，即可判断结构是否发生开裂，或对比运营后不同时间内加速度峰度变化趋势，判断结构裂缝是否进一步开展。
[0010]优选的，S2中桥梁结构易发生裂缝的区域通过对桥梁结构有限元分析的结果或同类桥梁病害检测结果确定。
[0011]优选的，S3中的干扰因素包括桥梁结构受其它作用效应产生的加速度响应及噪声数据，其它作用为除车辆载荷作用之外的作用。
[0012]优选的，S3和S4中所述的一段时间的选取范围为10min
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1h，根据实际车流量状况具体选取时长，车流量大时选取时间段短，车流量小时选取时间段长。
[0013]本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术的裂缝识别装置与桥梁结构以螺栓的方式连接，通过调节固定钢板安装时其与桥梁结构间的相对角度，能够使裂缝识别装置不仅可以实现横向裂缝监测，也可用于其他方向裂缝监测，监测灵活度高。
[0014]2、本专利技术的裂缝识别装置通过连接杆、底板等构件的协同工作，保证了裂缝识别装置与桥梁结构之间的固定效果，从而保证加速度传感器与桥梁的运动联动，使得监测结果更可靠。
[0015]3、本专利技术通过对加速度传感器的检测范围进行延伸，实现了桥梁一定区段内的加速度监测，解决了单个加速度传感器测量范围受限的问题。
[0016]4、本专利技术通过对加速度时程数据的统计分析，获得加速度的峰度特性，从而根据加速度的峰度特性进一步判断桥梁结构是否产生裂缝，实现了对裂缝的形成和开展过程的实时捕捉。
附图说明
[0017]图1为本专利技术裂缝识别装置的结构示意图；图2为本专利技术裂缝识别装置在桥梁结构上的布设示意图；
图3为本专利技术加速度时程数据对比图；图4为本专利技术加速度峰度时程数据对比图。
[0018]图中标号：1、加速度传感器；2、固定钢板；3、连接杆；4、底板；5、桥梁结构。
具体实施方式
[0019]为使本专利技术更为清楚、明白，以下结合附图说明和具体实施例，对本专利技术的技术方案作进一步的详细说明，应当理解，所给出的实施例仅仅为实现方式的一种，并不代表所有实施例。
[0020]结合附图1
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4，一种基于加速度监测数据的桥梁裂缝识别装置，包括加速度传感器1、底板4、固定钢板2和连接杆3，所述连接杆3一端与底板4固定连接，连接杆3另一端与固定钢板2底侧固定连接，连接杆3有四个，四个连接杆3分别设置在底板4的四角处，每个连接杆3对应连接有一个固定钢板2，固定钢板2顶侧与桥梁结构5底面固定连接，所述加速度传感器1设置在底板4上。
[0021]具体的，所述固定钢板2与桥梁结构5通过螺栓连接，连接杆3通过焊接与固定钢板2连接，加速度传感器1粘结在底板4上，加速度传感器1连接有用于分析处理加速度数据的计算机。
[0022]具体的，所述底板4长度为桥本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于加速度监测数据的桥梁裂缝识别装置，其特征在于：包括加速度传感器（1）、底板（4）、固定钢板（2）和连接杆（3），所述连接杆（3）一端与底板（4）固定连接，连接杆（3）另一端与固定钢板（2）底侧固定连接，连接杆（3）有四个，四个连接杆（3）分别设置在底板（4）的四角处，每个连接杆（3）对应连接有一个固定钢板（2），固定钢板（2）顶侧与桥梁结构（5）底面固定连接，所述加速度传感器（1）设置在底板（4）上。2.根据权利要求1所述的一种基于加速度监测数据的桥梁裂缝识别装置，其特征在于：所述固定钢板（2）与桥梁结构（5）通过螺栓连接，连接杆（3）通过焊接与固定钢板（2）连接，加速度传感器（1）粘结在底板（4）上，加速度传感器（1）连接有用于分析处理加速度数据的计算机。3.根据权利要求1所述的一种基于加速度监测数据的桥梁裂缝识别装置，其特征在于：所述底板（4）长度为桥梁结构（5）长度的1/20
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1/10，底板（4）厚度及连接杆（3）的尺寸以前十阶内装置本身不产生较大的振型为原则来确定。4.一种根据权利要求1或2或3所述的基于加速度监测数据的桥梁裂缝识别方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据需要监测的桥梁结构尺寸设计裂缝识别装置，保证裂缝识别装置中底板（4）的长度为桥梁结构（5）长度的1/20
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1/10，建立桥梁结构（5）的有限元模型及裂缝识别装置模型，通过模态分析计算桥梁结构（5）动力特性，并以前十阶内装置本身不产生较大的振型为原则，确定底板（4）厚度及连接杆（3）尺寸；S2：将裂缝识别装置通过螺栓固定至桥梁结构（5）易发生裂缝的区域，使裂缝识别装置位于区域的中心位置，加速度传感器（1）采集区域内的加速度数据并传输...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛公锋，王珊珊，王能威，尚志强，龙关旭，徐传昶，王阳春，马川义，张宁，马乃轩，张文亮，张泽军，刘国华，
申请(专利权)人：山东高速工程检测有限公司，
类型：发明
国别省市：