[发明专利]一种大跨桥梁主梁动态位移测量系统及其数据分析方法

权利要求书

1.一种大跨桥梁主梁动态位移测量系统数据分析方法，所述方法基于一种大跨桥梁主梁动态位移测量系统，所述系统包括：监测端点、监测中间节点、监测基点和校核节点：

所述监测基点设置在桥墩或桥塔的主梁支座位置处，校核节点、监测中间节点、监测端点设置在主梁动态位移监测位置处，所述监测基点、校核节点、监测中间节点和监测端点的顺序沿被测桥梁主梁纵向从一端向另一端依次串联布设；测量系统中激光接收器测量的激光束相对于激光接收器在竖直方向和横桥向的位移值、绕y轴和绕z轴的转角值，以及摄像头从垂直激光靶标测量的激光光斑在竖直方向和横桥向的位移值，得到在低采样频率f_l情况下，桥梁主梁在监测端点、监测中间节点、校核节点在竖直和横桥方向上相对于监测基点处的位移值，以及监测端点、监测中间节点、校核节点和监测基点处主梁结构绕y轴和绕z轴的转角值，其特征是：包括以下步骤：

选取桥梁主梁变形最小时的某一时间作为基准时刻，基准时刻的桥梁主梁位移和转动响应作为测量基准值，剩余时刻的桥梁主梁位移和转动响应表示为相对于基准值的偏移量，获得监测端点、监测中间节点、校核节点处桥梁主梁在竖直和横桥方向上相对于监测基点处的位移响应，以及监测端点、监测中间节点、校核节点、监测基点处桥梁主梁绕y轴和z轴的转角响应；

设在某一时刻，监测端点处主梁在竖直方向和横桥向上的位移分别为w₁和v₁，绕y轴和z轴的转角分别为θ_1,y和θ_1,z；监测中间节点处主梁在竖直方向和横桥向上的位移分别为w₂和v₂，绕y轴和z轴的转角分别为θ_2,y和θ_2,z；校核节点处主梁在竖直方向和横桥向上的位移分别为w₃和v₃，绕y轴和z轴的转角分别为θ_3,y和θ_3,z；监测基点处主梁在竖直方向和横桥向上的位移分别为w₄和v₄，绕y轴和z轴的转角分别为θ_4,y和θ_4,z，此时刻，第1激光接收器测量的激光在竖直方向和横桥向上的位移分别为D_w1和D_v1，以及激光绕y轴和绕z轴的转角分别为A_w1和A_v1；第2激光接收器测量的激光在竖直方向和横桥向上的位移分别为D_w2和D_v2，以及激光绕y轴和绕z轴的转角分别为A_w2和A_v2；第3激光接收器测量的激光在竖直方向和横桥向上的位移分别为D_w3和D_v3，以及激光绕y轴和绕z轴的转角分别为A_w3和A_v3；摄像头测量的激光在竖直方向和横桥向上的位移分别为D_w4和D_v4；

利用所有激光接收器和摄像头的激光测量数据，得到在低采样频率f_l下监测端点、监测中间节点、校核节点处主梁在竖直方向和横桥向上相对于监测基点的位移后，结合所有激光发射器中集成加速度传感器测量的高采样频率加速度数据，得到在高采样频率f_h下监测端点、监测中间节点、校核节点处主梁在竖直方向和横桥向上相对于监测基点的动态位移响应，包括以下步骤：

采用所有激光接收器和摄像头测量数据，计算得到的六个主梁位移响应w₁'、w₂'、w₃'、v₁'、v₂'、v₃'中的任何一个；x(t₀)和x(t₀+Δt_l)，其中，Δt_l＝1/f_l，分别表示该位移响应在t₀和t₀+Δt_l时刻取值；采用激光接收器中加速度传感器测量数据，计算位移响应x(t)所对应的相对加速度响应a(t)；设加速度响应a(t)在[t₀ t₀+Δt_l]时间段内的监测数据为[a(t₀)a(t₀+Δt_l/N)…a(t₀+Δt_l)]，其中，N＝f_h/f_l；

根据位移、速度和加速度响应之间的积分关系，得到下式：

其中，v(t₀)表示t₀时刻结构速度响应；公式(25)右侧第三项加速度积分项由a(t)在[t₀t₀+Δt_l]时间段内的监测数据，通过数值积分求得；通过公式(25)求得v(t₀)：

将公式(26)结果代入公式(27)，得到在高采样频率f_h下结构位移响应：

公式(27)右侧第三项加速度积分项由a(t)在[t₀ t₀+Δt_l]时间段内的监测数据，通过数值积分求得。