[发明专利]基于无线倾角的桥梁结构挠度测量系统与方法

说明书

技术领域

本发明属于桥梁结构测量技术领域，涉及一种适于应用在基于无线倾角采集系统的桥梁结构监测挠度测量系统与方法，具体地说是一种利用无线传感技术进行结构倾角测量、再进行计算获得结构挠度值的测量系统和方法。

背景技术

桥梁是现代交通运输网络中重要的组成部分，对其进行安全监测是十分必要的。以前对桥梁监测多是进行目测，现在随着科学技术的发展，越来越多的监测仪器用于桥梁监测。通过对桥梁监测数据的分析，可以了解桥梁结构过去和现在的工作状况，预测其未来的状况，而挠度是一个重要的监测参量。挠度是判定桥梁竖向刚度、结构承载力和结构整体性最为重要的技术参数，是桥梁检定、危桥改造和新桥验收的重要指标。如果桥梁挠度超过了规定的设计限度，桥梁随时会有垮塌的危险，危及人民的生命安全，造成巨大的财产损失。因此，对桥梁挠度的测量是相当必要的。

近年来测量桥梁挠度的方法有许多，如采用测量机器人方法来测量、连通管光电液位测量、利用GPS的精密定位技术测量、利用位移传感器来测量等。上述方法中，测量机器人方法来测量挠度，具有高智能、快速性、大量程和高精度等特点，但是成本比较高；连通管光电液位测量挠度，虽然具有很高的精度，但实施过程复杂、实施周期长；而GPS的精密定位技术实施起来，造价也昂贵。采用倾角测量桥梁挠度不需现场测量基准及不受日光、雨、雾等影响，测量范围较大，可实现一维/二维测量。倾角传感器芯片是一种集成化的芯片，其内部具有调制解调电路，利用该电路将采集到的信号转换成电压信号，通过微处理单元将信号提取，转化成实际的角度值。而随着传感技术、无线通信技术以及MEMS技术的发展，无线传感技术已开始向结构监测渗透并成为这方面研究的热点。

根据材料力学原理，以简支桥梁图1为例，由于梁的挠度与载荷成线性关系，服从胡克弹性定律，系数与材料的刚度等特性有关。梁上每一个载荷引起的变形影响是彼此不相关的，满足叠加定律。因此可以将载荷分解，计算出每个载荷单独作用的情况下引起的挠度变形。

在没有外界载荷情况下，只考虑桥梁自身重力载荷作用时，载荷均匀分布在桥梁的全长范围内，设载荷集度为q(N/m)，桥梁全长为l。建立坐标系，可求得梁上任一点的转角方程为，

θ=w′=q24EI(l3-6lx2+4x3)---(1)]]>

EI为常数，表示梁的抗弯刚度，E为拉压弹性模量，I为惯性矩。由式1可以求得挠度曲线方程为：

w=qx24EI(l3-2lx2+x3)---(2)]]>

利用上述基本公式，进行变换运算就可以获得挠度值。