桥梁挠度线形快速测量系统研发

摘要

桥梁是交通关键枢纽，是国家的重要基础设施、在现代交通中发挥着越来越重要的作用。随着各种结构新、跨径大、体系复杂的桥梁不断地出现，桥梁健康监测和桥梁安全评估受到了广泛重视。桥梁挠度是衡量桥梁健康状况的关键因素，是评价桥梁安全性的重要指标，能够直接反映桥梁结构形变是否超出有效安全范围。
　　 桥梁挠度线形(即桥梁在竖直方向上的弯曲曲线)经常应用在新桥验收、现有桥梁的维护、例行检测等测量上。目前大多数测量桥梁挠度线形的方法是先测量离散点的挠度，再对测量数据进行拟合，拟合的平滑度与测量点的数量直接相关。在现有挠度测量技术中，对一座桥梁的挠度测量限于测量时间的限制和操作的方便性，一般只对少数点进行测量，然后进行粗糙拟合，不能很好的重现桥梁的连续挠度线形。因此，设计出桥梁挠度线形快速测量系统，具有重要的理论意义和实用价值。
　　 本文提出一种基于倾角传感器设计的桥梁挠度快速测量系统，其操作过程为：利用位移传感器控制测点的间距，使用倾角传感器采集每个测点处的倾角，计算得到挠度数据，使用修正梯度均值滤波算法处理后重绘桥梁线形。本文详细阐述了该系统的设计方案和测量原理，提出了修正梯度均值滤波算法并对测量数据进行处理，详细介绍了本系统的系统开发流程，包括倾角传感器测量装置及各模块的电路设计、滤波算法设计及改进、上层软件系统架构，最后对本系统进行调试及实验。通过实验室测试(静态实验及回归实验)验证了系统的可行性及准确性，最后将本系统应用到实际桥梁的挠度线形测量中，取得了较好的工程实用效果，验证了系统的实用性。该系统不仅适用于桥梁挠度线形的快速测量与重现，也适合于地面、道路沉降的快速测量。系统测量挠度、重现挠度线形的原理简单，不需要固定安装在桥梁上，设备简单，易于实现，性价比高，操作方便，具有很强的工程实用价值。