連通管式橋梁撓度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的低頻動(dòng)態(tài)特性研究.pdf

1、撓度是橋梁安全監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)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(duì)撓度進(jìn)行多點(diǎn)同步動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)非常必要。連通管測(cè)量法具有多測(cè)點(diǎn)同步檢測(cè)、精度高、適應(yīng)范圍廣、受環(huán)境干擾小、性?xún)r(jià)比高等其他撓度測(cè)量法不可比擬的優(yōu)勢(shì)，挖掘連通管進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量的潛力，將現(xiàn)有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)合二為一，利用連通管實(shí)現(xiàn)撓度靜、動(dòng)態(tài)測(cè)量具有重要的經(jīng)濟(jì)及理論價(jià)值。連通管法動(dòng)態(tài)測(cè)量是以管內(nèi)液體作為傳感介質(zhì)的連通管系統(tǒng)對(duì)動(dòng)態(tài)位移的響應(yīng)測(cè)量，與連通管內(nèi)液體的運(yùn)動(dòng)特

2、性有關(guān)。建立連通管測(cè)量系統(tǒng)的液體運(yùn)動(dòng)模型，開(kāi)展其動(dòng)態(tài)特性的研究是非常必要的。 論文在連通管靜態(tài)測(cè)量原理的基礎(chǔ)上，分析連通管內(nèi)液體運(yùn)動(dòng)屬于不穩(wěn)定流，對(duì)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(dòng)相互耦合，非常復(fù)雜，將多連通系統(tǒng)簡(jiǎn)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(duì)管內(nèi)液體的運(yùn)動(dòng)微分方程進(jìn)行了推導(dǎo)。在此基礎(chǔ)上，從時(shí)域和頻域兩個(gè)方面對(duì)動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析。計(jì)算了時(shí)域動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)，分析了連通管直徑、長(zhǎng)度

3、、管內(nèi)液體高度、液體運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)、基準(zhǔn)桶與連通管的截面積之比等參數(shù)對(duì)液體運(yùn)動(dòng)及固有頻率的影響，并對(duì)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(lì)形式的特點(diǎn)提出了進(jìn)行階躍響應(yīng)和連續(xù)振動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)和液位自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)三部分組成。利用變頻器、電動(dòng)機(jī)、減速箱、連桿機(jī)構(gòu)和導(dǎo)向壁等設(shè)計(jì)了振動(dòng)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(dòng)測(cè)量系統(tǒng)。 由于

4、光電液位傳感器針對(duì)靜態(tài)液位測(cè)量而設(shè)計(jì)，動(dòng)態(tài)采集信號(hào)差且同步采集頻率低，不能滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)試驗(yàn)要求。從液位測(cè)量系統(tǒng)的組成及傳感器工作原理對(duì)現(xiàn)有問(wèn)題進(jìn)行了深入剖析，發(fā)現(xiàn)光電圖像法在對(duì)運(yùn)動(dòng)浮子尺寸測(cè)量時(shí)存在畸變問(wèn)題，構(gòu)建動(dòng)態(tài)測(cè)量模型對(duì)問(wèn)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(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度和傳感器掃描速度的函數(shù)，影響大小又與振動(dòng)方向有關(guān)。針對(duì)原采集模塊硬件電路復(fù)雜、效能低的問(wèn)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(chǔ)器以實(shí)現(xiàn)多

5、點(diǎn)同步動(dòng)態(tài)采集。結(jié)合畸變模型的分析和采集波形的特點(diǎn)對(duì)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(dòng)態(tài)采集。 在試驗(yàn)平臺(tái)上完成階躍響應(yīng)試驗(yàn)和連續(xù)振動(dòng)試驗(yàn)，測(cè)量了連通管系統(tǒng)的時(shí)域動(dòng)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(dòng)激勵(lì)下的幅頻特性曲線(xiàn)，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)不失真響應(yīng)的頻率范圍較低，振動(dòng)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(duì)超低頻動(dòng)態(tài)位移測(cè)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