基于ZFFT的橋梁索力測(cè)量方法及其應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā).pdf

1、大型橋梁的安全性與可靠性對(duì)社會(huì)影響巨大，其拉索的受力狀態(tài)是評(píng)價(jià)橋梁運(yùn)營(yíng)安全的重要指標(biāo)之一。索力測(cè)量方法主要有油壓表法、壓應(yīng)力法和頻率法。油壓表法和壓應(yīng)力法僅適合在建橋梁的索力檢測(cè)，而頻率法因其具有設(shè)備可重復(fù)使用，整套設(shè)備攜帶、安裝方便，可對(duì)已經(jīng)施工完畢的大型橋梁進(jìn)行索力復(fù)測(cè)。工程上橋梁索力的測(cè)量精度要求控制在±6％以內(nèi)，而頻率法的索力測(cè)量精度一般難以滿足工程實(shí)際應(yīng)用要求。因此，有必要對(duì)提高索力測(cè)量精度做進(jìn)一步的研究。本論文研究了橋梁索力

2、應(yīng)力波無(wú)損測(cè)試中的信號(hào)降噪方法和頻普精細(xì)化處理方法，并開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的工程應(yīng)用軟件。本文的主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下：
　?。?）對(duì)比分析巴特沃斯濾波、切比雪夫?yàn)V波和小波降噪三種方法對(duì)拉索振動(dòng)信號(hào)的降噪效果。小波降噪處理后的拉索振動(dòng)信號(hào)，頻譜曲線中各處波峰位置處所對(duì)應(yīng)的頻率值最為容易判定。根據(jù)噪聲和信號(hào)的小波系數(shù)在不同尺度上具有不同性質(zhì)的機(jī)理，在小波域內(nèi)使用模極大值法對(duì)含有噪聲的拉索振動(dòng)信號(hào)的小波系數(shù)進(jìn)行處理，將經(jīng)過(guò)處理后的小波系數(shù)重構(gòu)原

3、始信號(hào)，得到真實(shí)信號(hào)的最優(yōu)估計(jì)。小波降噪方法對(duì)拉索振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行降噪處理的效果優(yōu)于切比雪夫?yàn)V波和巴特沃斯濾波，使用模極大值法在不同尺度上對(duì)拉索振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理，有助于提高拉索振動(dòng)信號(hào)的抗干擾能力。
　?。?）研究了 ZFFT方法在拉索振動(dòng)信號(hào)處理中的應(yīng)用。拉索的低頻段很低，常與橋面板或橋塔基頻耦合，導(dǎo)致實(shí)測(cè)拉索振動(dòng)信號(hào)處理結(jié)果中譜曲線上常出現(xiàn)頻率混疊現(xiàn)象。基于ZFFT算法的頻譜細(xì)化技術(shù)適用于干涉現(xiàn)象嚴(yán)重的密集型頻率成分的情況下，因此

4、將ZFFT算法應(yīng)用于橋梁拉索的振動(dòng)頻率識(shí)別當(dāng)中。采用ZFFT算法對(duì)拉索振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，具有在選定頻率范圍內(nèi)進(jìn)行頻譜細(xì)化分析的特點(diǎn)，有助于提高頻率分辨率和減少采樣點(diǎn)數(shù)的計(jì)算量。實(shí)測(cè)拉索振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行ZFFT分析的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在采樣長(zhǎng)度、采樣頻率等參數(shù)相同情況下，ZFFT分析獲得的頻率分辨率比傳統(tǒng)傅里葉分析方法高10倍，提高了拉索索力的檢測(cè)精度。
　　（3）根據(jù)索力測(cè)量的實(shí)際應(yīng)用要求，完成了系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)和索力測(cè)試應(yīng)用軟件的

5、開(kāi)發(fā)。通過(guò)LabVIEW軟件編寫的應(yīng)用程序主要功能模塊包括采樣信號(hào)的實(shí)時(shí)顯示、拉索基頻的自動(dòng)識(shí)別、檢測(cè)結(jié)果的自動(dòng)生成等功能。硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括信號(hào)放大、濾波電路模塊設(shè)計(jì)、STM32微控制器最小系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)以及數(shù)據(jù)采集單元的軟件編程。最后對(duì)索力測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果與該橋在13年索力調(diào)整目標(biāo)值進(jìn)行對(duì)比，得到最大誤差小于±3%，說(shuō)明測(cè)量結(jié)果可靠且索力測(cè)量系統(tǒng)可以滿足工程應(yīng)用要求。
　　本文研究的基于ZFFT的橋梁索力測(cè)量方