一种桥梁动挠度分布式测量装置及测量方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115096529A(43)申请公布日2022.09.23(21)申请号202210883361.X(22)申请日2022.07.26(71)申请人大连理工大学地址116024辽宁省大连市甘井子区凌工路2号(72)发明人任亮尤润州(74)专利代理机构大连智高专利事务所(特殊普通合伙)21235专利代理师刘鑫(51)Int.Cl.G01M5/00(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称一种桥梁动挠度分布式测量装置及测量方法(57)摘要本发明公开了一种桥梁动挠度分布式测量装置及测量方法，测量装置包括传感链路、环形夹持构件和带座轴承。所述环形夹持构件通过机械连接固定在传感链路外圆周上，所述传感链路通过环形夹持构件与两侧带座轴承紧密连接，所述带座轴承通过粘接或机械连接固定在桥梁底部或箱梁内部。所述传感链路包括弹簧钢棒和应变传感器，所述应变传感器每隔一定间距固定在弹簧钢棒上下外表面。桥梁形变后，测量装置协同变形，应变传感器捕获传感链路表面应变变化，并将测量值输入动挠度测量方法中。该装置通过重构传感链路形变间接实现桥梁动挠度分布式量测。本发明测量装置及测量方法具有安装方便、空间分辨率高、测量精度高、实时性好、环境适应性强等优点。CN115096529ACN115096529A权利要求书1/2页1.一种桥梁动挠度分布式测量装置，其特征在于，包括传感链路(101)、若干环形夹持构件(102)和若干带座轴承(103)，若干个所述环形夹持构件(102)依次间隔地设于传感链路(101)上，每个环形夹持构件(102)的两侧各设有一带座轴承(103)；所述传感链路(101)通过环形夹持构件(102)与两侧带座轴承(103)连接。2.根据权利要求1所述的一种桥梁动挠度分布式测量装置，其特征在于，所述传感链路(101)包括弹簧钢棒(201)和应变传感器(202)，弹簧钢棒(201)上间隔地设有若干组应变传感器(202)，每组的两个应变传感器(202)分别安装在弹簧钢棒(201)上下外表面。3.根据权利要求1所述的一种桥梁动挠度分布式测量装置，其特征在于，所述环形夹持构件(102)包括内表面与传感链路(101)配合连接的第一夹持构件a(301)和第二夹持构件b(302)，第一夹持构件a(301)和第二夹持构件b(302)的一端铰接，另一端通过螺丝和螺母的机械配合进行对接固定，第一夹持构件a(301)和第二夹持构件b(302)的外壁上分别连接有一圆形柱(303)，圆形柱(303)与带座轴承(103)过盈连接。4.根据权利要求1所述的一种桥梁动挠度分布式测量装置，其特征在于，所述带座轴承(103)包括立式开孔轴承座和滚珠轴承(401)，立式开孔轴承座与滚珠轴承(401)通过热胀冷缩式装配工艺相互安装。5.一种桥梁动挠度分布式测量方法，使用权利要求1‑4任一项所述的测量装置，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：建立空间直角坐标系x‑y‑z：沿传感链路(101)长度方向建立x轴，沿同一测点处上下表面应变传感器(202)轴心连线方向建立y轴，根据右手螺旋法则确定z轴，坐标系原点位于传感链路(101)左端截面中心处；步骤2：将传感链路(101)沿x轴方向划分为n个单元，单元结点位置为xi，i∈[1，n+1]，单元编号为k,k∈[1，n],单元长度为Lk＝xk+1‑xk；步骤3：在各单元内部设置一个应变测点，每个应变测点包括两个应变传感器(202)，分别安装在传感链路(101)上下外表面，应变传感器(202)位置表示为：其中，sk为单元k内部应变测点的位置，且L0＝0；步骤4：根据应变测点处的实测应变值，求解得到曲率值为：其中，ck为测点sk处的曲率值；和分别为上表面和下表面应变传感器(202)的实测应变值；R为同一测点处两个应变传感器(202)的中心间距；步骤5：利用曲率实测值建立求解向量H：TH＝[c1c2…cn]步骤6：采用结点位移将单元k内部挠度场表示为矩阵与向量的乘积形式：2CN115096529A权利要求书2/2页其中，wk(ξ)为单元内部挠度场；M(ξ)为形函数矩阵；ak为结点位移向量；uk为结点xk处的挠度值；uk′为挠度值uk对x的一阶导数；步骤7：利用挠度与曲率的力学关系，得到应变测点sk处曲率理论值：c(ξk)＝wk,xx(ξk)＝Mxx(ξk)ak其中，c(ξk)为应变测点sk处的曲率理论值；wk,xx为单元内部挠度场对x求二阶导数；Mxx为M矩阵各个元素对x求二阶导数；步骤8：利用应变测点sk处曲率理论值建立求解矩阵R；步骤9：建立动挠度求解目标函数，得到桥梁多点动挠度：其中，Φ(I)为目标函数；λ为惩罚系数；I为结点位移向量。6.根据权利要求5所述的一种桥梁