連通管式橋梁撓度監(jiān)測系統(tǒng)的低頻動態(tài)特性研究.pdf

1、撓度是橋梁安全監(jiān)測、評價的重要參數(shù)之一，為了掌握橋梁結(jié)構(gòu)是否有突變、異常情況發(fā)生，對撓度進(jìn)行多點(diǎn)同步動態(tài)監(jiān)測非常必要。連通管測量法具有多測點(diǎn)同步檢測、精度高、適應(yīng)范圍廣、受環(huán)境干擾小、性價比高等其他撓度測量法不可比擬的優(yōu)勢，挖掘連通管進(jìn)行動態(tài)測量的潛力，將現(xiàn)有靜態(tài)和動態(tài)測量系統(tǒng)合二為一，利用連通管實(shí)現(xiàn)撓度靜、動態(tài)測量具有重要的經(jīng)濟(jì)及理論價值。連通管法動態(tài)測量是以管內(nèi)液體作為傳感介質(zhì)的連通管系統(tǒng)對動態(tài)位移的響應(yīng)測量，與連通管內(nèi)液體的運(yùn)動特

2、性有關(guān)。建立連通管測量系統(tǒng)的液體運(yùn)動模型，開展其動態(tài)特性的研究是非常必要的。 論文在連通管靜態(tài)測量原理的基礎(chǔ)上，分析連通管內(nèi)液體運(yùn)動屬于不穩(wěn)定流，對其能量方程和連續(xù)方程進(jìn)行了推導(dǎo)。由于多連通管內(nèi)液體運(yùn)動相互耦合，非常復(fù)雜，將多連通系統(tǒng)簡化抽象為考慮基準(zhǔn)桶的三通管模型進(jìn)行分析，利用能量方程和連續(xù)方程對管內(nèi)液體的運(yùn)動微分方程進(jìn)行了推導(dǎo)。在此基礎(chǔ)上，從時域和頻域兩個方面對動態(tài)特性進(jìn)行分析。計(jì)算了時域動態(tài)特性指標(biāo)，分析了連通管直徑、長度

3、、管內(nèi)液體高度、液體運(yùn)動粘滯系數(shù)、基準(zhǔn)桶與連通管的截面積之比等參數(shù)對液體運(yùn)動及固有頻率的影響，并對連通管液體系統(tǒng)的頻響特性進(jìn)行了分析。 在理論分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)橋梁受激勵形式的特點(diǎn)提出了進(jìn)行階躍響應(yīng)和連續(xù)振動的試驗(yàn)方法，設(shè)計(jì)完成了試驗(yàn)系統(tǒng)。試驗(yàn)系統(tǒng)由三連通管系統(tǒng)、振動系統(tǒng)和液位自動測量系統(tǒng)三部分組成。利用變頻器、電動機(jī)、減速箱、連桿機(jī)構(gòu)和導(dǎo)向壁等設(shè)計(jì)了振動系統(tǒng)，選用重慶大學(xué)研制的光電液位傳感器組成液位自動測量系統(tǒng)。 由于

4、光電液位傳感器針對靜態(tài)液位測量而設(shè)計(jì)，動態(tài)采集信號差且同步采集頻率低，不能滿足動態(tài)試驗(yàn)要求。從液位測量系統(tǒng)的組成及傳感器工作原理對現(xiàn)有問題進(jìn)行了深入剖析，發(fā)現(xiàn)光電圖像法在對運(yùn)動浮子尺寸測量時存在畸變問題，構(gòu)建動態(tài)測量模型對問題進(jìn)行分析，得出實(shí)際采集浮子高度是液體粘滯影響系數(shù)、振動臺運(yùn)動速度和傳感器掃描速度的函數(shù)，影響大小又與振動方向有關(guān)。針對原采集模塊硬件電路復(fù)雜、效能低的問題進(jìn)行了整體電路改進(jìn)，設(shè)計(jì)多機(jī)通訊協(xié)議、擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲器以實(shí)現(xiàn)多

5、點(diǎn)同步動態(tài)采集。結(jié)合畸變模型的分析和采集波形的特點(diǎn)對軟件的采集和處理程序、工作方式等進(jìn)行了設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了液位的多點(diǎn)同步動態(tài)采集。 在試驗(yàn)平臺上完成階躍響應(yīng)試驗(yàn)和連續(xù)振動試驗(yàn)，測量了連通管系統(tǒng)的時域動態(tài)特性指標(biāo)并進(jìn)行了系統(tǒng)參數(shù)影響試驗(yàn)。分析得到了系統(tǒng)低頻率振動激勵下的幅頻特性曲線，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)不失真響應(yīng)的頻率范圍較低，振動頻率增大后幅度響應(yīng)出現(xiàn)失真，但頻率響應(yīng)失真小。最后針對超低頻動態(tài)位移測量數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，提出利用改進(jìn)的小波閾值分析法進(jìn)行