COINV智能橋梁索力監測技術

2015-02-28 14:55:55 閱讀次數:5873

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摘要:COINV智能橋梁索力監測技術,使用振動法實現,采用先進的算法實現複雜環境下的索力準确測量和自動化監測,解決了短索計算誤差大、信号微弱、各種幹擾信号豐富、主頻階數難以确定等難點。

關鍵詞:橋梁,索力,監測


本技術适合懸索橋、斜拉橋等形式橋梁的索力長期在線監測。


一 簡介 


COINV智能橋梁索力監測技術,使用振動法實現,采用先進的算法實現複雜環境下的索力準确測量和自動化監測,解決了短索計算誤差大、信号微弱、各種幹擾信号豐富、主頻階數難以确定等難點。

1 本技術在确保長期監測過程中的數據準确性和可靠性方面,使用了兩項東方所獨創的核心技術:

國際領先的精确索力計算處理算法

綜合多種因素确定弦索的多階優勢頻率和相應階次,自動智能剔除幹擾頻率

2 在使用上,提供了豐富在線實時監測功能

功能完備的監測配置功能,管理員級别人員控制監測設備啟停,測量分析時間長度設定,弦索索力報警區間設定及索重、索長設定等

實時波形與頻譜顯示,自動主頻捕捉

在線實時計算處理弦索振動信号,自動計算索力值,智能剔除無效計算結果

多通道列表/量值實時索力值顯示,以及預設的超限報警指示

自動保存索力計算結果; 可配置自動保存原始波形和頻譜,方便後續進一步詳細分析

3 具備專業的離線後處理分析功能

豐富多樣的索力結果查詢功能,主要包括原始振動波形數據下載,索力報警查詢,索力監測結果曆史趨勢查詢,以及數據報表,可提供日報,周報,月報及年報

更多功能強大的信号處理功能,主要包括時域分析,頻譜分析,相關分析等等

4 豐富多樣的解決方案

專門針對索力監測進行設計的專用橋梁索力監測儀,最精确,最高效,最方便

基于B/S架構的雲智慧監測系統,包含多種類型信号監測,索力監測就是其中一種

基于C/S架構的Dasp遠程或本地監測系統,内置固化東方所積累多年的工程經驗

功能完備的二次開發接口,豐富的API說明文檔


二 核心技術1 - 索力精确計算算法


 索力,即橋梁懸索或拉索的内力,一般通過測量索的自振頻率來計算,并且假設兩端固支,不考慮所的抗彎剛度,其計算公式如下

B0.JPG

  但是,實際中的拉索,其兩端的邊界條件并非完全的固支,也不是鉸支,而是處于固支和鉸支之間的某一種狀态,因此上述公式就可能産生誤差。

抗彎剛度EI對索力計算有較大的影響,特别是短索,抗彎剛度EI的影響可能非常明顯。即使是長索,若使用高階頻率計算索力時,抗彎剛度EI的影響也不可忽略

另外,對于有多股細繩組合成的粗繩,如果将多股細繩看成一體化,将得到最大的抗彎剛度;将多股細繩看成無任何粘接,将得到最小的抗彎剛度。而實際的抗彎剛度位于兩者之間,接近最大抗彎剛度。換言之,這時實際的抗彎剛度是不能直接得到的,和兩端的邊界條件一樣,也需進行識别。

對于短索的情況,其誤差尤為明顯。

那麼,如何準确識别實際橋梁上拉索的兩端邊界條件呢?索的抗彎剛度有多大影響呢?

東方所給出了符合實際的力學模型,并提出了精确索力算法,有效地解決上述問題。

B1.JPG

若假設兩端為固支時,索的各階自振頻率與階數成比例關系,但實際中的非固支狀态時,各階自振頻率直接就沒有這個規律了。

東方所的精确算法同時利用了索的多階固有頻率,在這些看似沒有規律的頻率中,找出實際的規律,從而得到準确的索力,同時還可得到所的抗彎剛度等參數。


實驗室驗證實例:

同濟大學實驗室中的某實驗索,使用規格 的鍍鋅鋼絞線,鋼絞線由7根 高強鋼絲擰成,該索的長度為 2.035 m,單位索重為 1.1 kg/m,通過振動法測量其各階固有頻率如下:


表1 實驗索的實測頻率

階數1234
頻率/Hz77.42156.45240.04325.12


使用直接測量的方法,測量其索力為101.3KN,将該數據作為真實值;

使用常規索力計算公式,假設其兩端為固支,計算結果為 109.2 KN

使用東方所的精确索力算法,計算結果為99.5 KN。


2:結果比較

計算方法

直接測量

常規算法

東方所精确算法

結果/KN

101.3

109.2

99.5

誤差

0

7.8%

-1.8%

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圖2 使用東方所的精确算法計算結果,同時還能得到所的EI=263.6 Nm^2


三 核心技術2 - 自振頻率智能定階


不論使用常規公式,還是精确算法,首先需要正确确定各階自振頻率對應的階數。

有的時候,各頻率的階數一目了然,但有時卻非常難以判别,尤其是振動微弱、幹擾明顯的情況下。而對于橋梁監測而言,能否在無人參與的情況下智能識别頻率階數,就變得非常關鍵。

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B4.JPG

東方所研究了頻率的智能定階技術,該方法同時讀取頻譜圖上若幹個最大主峰,為消除FFT的頻率分辨率誤差,使用了INV頻率計技術計算各主峰的精确頻率,然後尋找各主峰頻率之間的内在關系,智能确定出各個主峰頻率對應的階數。

此外,該技術還允許使用經驗數據來提高識别準确率,例如在橋梁監測實施初期,對各條拉索進行人工測量,以獲取其初始經驗值。在日後的長期監測過程中,該技術可自動跟蹤索的頻率變化,以準确識别振動的各頻率階數,并提供給精确索力算法的輸入參數。


四 INV3060S(C)型專用索力監測儀

基于先進的分布式雲智慧采集儀技術,專門針對橋梁索力監測設計,内置ARM嵌入式系統、DSP實時處理模塊和24位高精度數據采集模塊,自動完成橋梁索力的振動信号測量、信号預處理、智能定階、精确計算等一系列處理,實時将索力結果通過3G/4G等網絡發送至互聯網和雲中心,是目前最精确、最高效的專用索力監測設備。B5.JPG


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