COINV智能桥梁索力监测技术

2015-02-28 14:55:55 阅读次数:4132

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摘要:COINV智能桥梁索力监测技术,使用振动法实现,采用先进的算法实现复杂环境下的索力准确测量和自动化监测,解决了短索计算误差大、信号微弱、各种干扰信号丰富、主频阶数难以确定等难点。

关键词:桥梁,索力,监测


本技术适合悬索桥、斜拉桥等形式桥梁的索力长期在线监测。


一 简介 


COINV智能桥梁索力监测技术,使用振动法实现,采用先进的算法实现复杂环境下的索力准确测量和自动化监测,解决了短索计算误差大、信号微弱、各种干扰信号丰富、主频阶数难以确定等难点。

1 本技术在确保长期监测过程中的数据准确性和可靠性方面,使用了两项东方所独创的核心技术:

国际领先的精确索力计算处理算法

综合多种因素确定弦索的多阶优势频率和相应阶次,自动智能剔除干扰频率

2 在使用上,提供了丰富在线实时监测功能

功能完备的监测配置功能,管理员级别人员控制监测设备启停,测量分析时间长度设定,弦索索力报警区间设定及索重、索长设定等

实时波形与频谱显示,自动主频捕捉

在线实时计算处理弦索振动信号,自动计算索力值,智能剔除无效计算结果

多通道列表/量值实时索力值显示,以及预设的超限报警指示

自动保存索力计算结果; 可配置自动保存原始波形和频谱,方便后续进一步详细分析

3 具备专业的离线后处理分析功能

丰富多样的索力结果查询功能,主要包括原始振动波形数据下载,索力报警查询,索力监测结果历史趋势查询,以及数据报表,可提供日报,周报,月报及年报

更多功能强大的信号处理功能,主要包括时域分析,频谱分析,相关分析等等

4 丰富多样的解决方案

专门针对索力监测进行设计的专用桥梁索力监测仪,最精确,最高效,最方便

基于B/S架构的云智慧监测系统,包含多种类型信号监测,索力监测就是其中一种

基于C/S架构的Dasp远程或本地监测系统,内置固化东方所积累多年的工程经验

功能完备的二次开发接口,丰富的API说明文档


二 核心技术1 - 索力精确计算算法


 索力,即桥梁悬索或拉索的内力,一般通过测量索的自振频率来计算,并且假设两端固支,不考虑所的抗弯刚度,其计算公式如下

B0.JPG

  但是,实际中的拉索,其两端的边界条件并非完全的固支,也不是铰支,而是处于固支和铰支之间的某一种状态,因此上述公式就可能产生误差。

抗弯刚度EI对索力计算有较大的影响,特别是短索,抗弯刚度EI的影响可能非常明显。即使是长索,若使用高阶频率计算索力时,抗弯刚度EI的影响也不可忽略

另外,对于有多股细绳组合成的粗绳,如果将多股细绳看成一体化,将得到最大的抗弯刚度;将多股细绳看成无任何粘接,将得到最小的抗弯刚度。而实际的抗弯刚度位于两者之间,接近最大抗弯刚度。换言之,这时实际的抗弯刚度是不能直接得到的,和两端的边界条件一样,也需进行识别。

对于短索的情况,其误差尤为明显。

那么,如何准确识别实际桥梁上拉索的两端边界条件呢?索的抗弯刚度有多大影响呢?

东方所给出了符合实际的力学模型,并提出了精确索力算法,有效地解决上述问题。

B1.JPG

若假设两端为固支时,索的各阶自振频率与阶数成比例关系,但实际中的非固支状态时,各阶自振频率直接就没有这个规律了。

东方所的精确算法同时利用了索的多阶固有频率,在这些看似没有规律的频率中,找出实际的规律,从而得到准确的索力,同时还可得到所的抗弯刚度等参数。


实验室验证实例:

同济大学实验室中的某实验索,使用规格 的镀锌钢绞线,钢绞线由7根 高强钢丝拧成,该索的长度为 2.035 m,单位索重为 1.1 kg/m,通过振动法测量其各阶固有频率如下:


表1 实验索的实测频率

阶数1234
频率/Hz77.42156.45240.04325.12


使用直接测量的方法,测量其索力为101.3KN,将该数据作为真实值;

使用常规索力计算公式,假设其两端为固支,计算结果为 109.2 KN

使用东方所的精确索力算法,计算结果为99.5 KN。


2:结果比较

计算方法

直接测量

常规算法

东方所精确算法

结果/KN

101.3

109.2

99.5

误差

0

7.8%

-1.8%

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图2 使用东方所的精确算法计算结果,同时还能得到所的EI=263.6 Nm^2


三 核心技术2 - 自振频率智能定阶


不论使用常规公式,还是精确算法,首先需要正确确定各阶自振频率对应的阶数。

有的时候,各频率的阶数一目了然,但有时却非常难以判别,尤其是振动微弱、干扰明显的情况下。而对于桥梁监测而言,能否在无人参与的情况下智能识别频率阶数,就变得非常关键。

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东方所研究了频率的智能定阶技术,该方法同时读取频谱图上若干个最大主峰,为消除FFT的频率分辨率误差,使用了INV频率计技术计算各主峰的精确频率,然后寻找各主峰频率之间的内在关系,智能确定出各个主峰频率对应的阶数。

此外,该技术还允许使用经验数据来提高识别准确率,例如在桥梁监测实施初期,对各条拉索进行人工测量,以获取其初始经验值。在日后的长期监测过程中,该技术可自动跟踪索的频率变化,以准确识别振动的各频率阶数,并提供给精确索力算法的输入参数。


四 INV3060S(C)型专用索力监测仪

基于先进的分布式云智慧采集仪技术,专门针对桥梁索力监测设计,内置ARM嵌入式系统、DSP实时处理模块和24位高精度数据采集模块,自动完成桥梁索力的振动信号测量、信号预处理、智能定阶、精确计算等一系列处理,实时将索力结果通过3G/4G等网络发送至互联网和云中心,是目前最精确、最高效的专用索力监测设备。B5.JPG


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