[发明专利]适用于中小桥梁快速安全诊断的一体化装置

说明书

技术领域

本发明涉及土木与交通工程的中小桥梁动力测试与安全评估领域。可对桥梁进行快速冲击振动测试，达到中小桥梁承载能力评估和安全诊断的目的。

背景技术

我国国家公路网上中小桥梁数目巨大，如何保证它们的健康安全避免桥梁坍塌事故的发生已经成为一项迫切需要的科学问题。结构承载能力为结构安全的重要指标。卡车静载试验为桥梁工程人员广泛接受的现场测试方法，它通过对所测试桥梁进行静力加载并观测相应的桥梁变形等指标来完成桥梁承载能力的有效评估。我国交通部《公路旧桥承载能力鉴定方法》对卡车静载试验方法进行了详细的规定和说明。美国高速公路桥梁状态评估手册(AASHTO)对卡车静载试验也作了类似的说明。卡车静载试验结果可靠，且为规范规定的方法，因而在国内外中小桥梁的承载能力评估中得到广泛应用。但其缺点是试验费用昂贵、费时费力，导致试验时关闭桥梁通车时间长，影响交通，为桥梁管理人员最不乐见。

我国中小桥梁为数众多，其中很大部分年久失修存在安全隐患，但却面临管养资金和人力非常有限的困窘。因此无法广泛使用上述的费用昂贵效率低下的卡车静载试验来进行安全评估。上述现状及实际工程中存在的对广大中小桥梁进行安全评估的迫切性呼唤新的快速测试评估方法和装置的出现，以实现方便快捷的广大中小桥梁的快速测试和安全普查。

发明内容

针对背景技术部分介绍的中小桥梁健康诊断的重大工程需求和存在的管养资金缺乏等问题，本发明公开了一种中小桥梁快速测试一体化装置与安全评价系统，其能够对中小桥进行方便快捷的移动式冲击振动测试，并能够得出和传统的费力费时的卡车静载试验方法类似的桥梁承载能力和安全性能评估结果。

本发明的技术解决方案如下：

一种适用于中小桥梁快速安全诊断的一体化装置，其特征在于，包括：移动检测车、冲击激励装置、数据采集装置以及数据处理装置，

在所述的移动检测车地盘下端的可伸出的悬臂系统；

所述的冲击激励装置包括加载支架以及设置在加载支架上的加载锤；

所述的数据采集装置包括安装在所述加载锤的下端面用于测量冲击桥梁路面形成的力的时程数据的测力传感器和位于所述悬臂系统末端的用于测量桥梁加速度反应的加速度计传感器；

所述的数据处理装置根据所述测力传感器测量的力的时程数据和加速度计传感器测量的桥梁加速度反应数据识别桥梁的位移柔度矩阵。

所述数据处理装置识别桥梁柔度矩阵的方法是：

步骤一、建立包含结构特征状态矩阵的关系式并计算结构状态矩阵：

x_k+1＝Ax_k+Bu_k+w_k   (1)

y_k＝Cx_k+Du_k+v_k   (2)

其中，已知量包括：u—所测量的力的时程数据，y—所测量的桥梁加速度反应数据；

      未知量包括：x—结构状态向量，为结构响应中的过程量；k—代表时间步长个数；w—输入白噪音项；v—输出白噪声；A,B,C,D—包含结构特征的状态矩阵；

步骤二、利用结构特征矩阵A,C中得出结构的频率和振型动力特征；

对A进行特征值分解：

AΨ＝ΨΛ   (3)

其中Λ＝diag(λ_i)为对角矩阵，对角线上的元素λ_i为矩阵A的特征值；Ψ为对

应的特征向量组成的矩阵。则结构的频率和阻尼比为：

ωudi=λciR2+λciI2---(4)]]>