大跨度轨道专用桥结构状态监测与评价方法与流程

1.本发明属于桥梁健康监测技术领域，具体涉及一种大跨度轨道专用桥结构状态监测与评价方法。

背景技术：

2.大跨度桥梁，如斜拉桥、悬索桥等，经过长期运营会由于荷载和环境等因素产生损伤，影响桥梁的安全性和正常使用性能，因此需要进行定期或专项的检测和维修加固。近年来，许多大跨度桥梁安装了健康监测系统，用于桥梁运营状态的评估，而且现有评估方法大多是适用于公路桥结构状态监测与评价，健康监测系统每天都会产生海量数据，使得评估过程对这些数据的分析和处理十分费时费力；同时如何从海量数据中提取有用的特征或指标，以准确评估桥梁结构当前的真实状态，一直是桥梁健康评估研究领域中的难题。

技术实现要素：

3.本发明旨在提供大跨度轨道专用桥结构状态监测与评价方法，解决现有技术中通过健康监测系统产生的海量数据进行轨道桥梁运营状态评估的方法费时费力的技术问题。
4.为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：大跨度轨道专用桥结构状态监测与评价方法，包括以下步骤：s1：根据相关规范及桥梁结构特点进行监测系统方案设计；s2：依据设计的监测系统方案进行传感器安装，包括gnss变形监测系统、光栅光纤应变传感器等，采集频次须大于1hz；s3：自行开发桥梁结构监测系统，桥梁系统监测系统包括数据采集、数据传输、数据处理、数据管理、以及数据分析与应用等子系统，实现大跨度轨道专用桥结构状态实时监测，此数据包含列车、温度、风、收缩徐变等作用响应；s4：在桥梁起止两端安装列车触发装置，列车上、下桥时通过触发装置识别并记录对应时刻；s5：以列车上桥时刻监测数据为基准值，识别列车荷载作用下的响应值，响应值包括结构变形及应力监测数据；s6：在桥梁起止两端安装列车轴重测量装置，轴重参数录入有限元模型，得出结构理论计算值；s7：将列车荷载作用下的响应值与阈值进行对比分析，实现桥梁结构状态实时评价。
5.进一步的，步骤s4中所述的触发装置包括中央控制单元和红外线摄像头，红外线摄像头安装在桥梁上，红外线摄像头与中央控制单元连接。
6.进一步的，步骤s6中所述的轴重测量装置包括获取模块，用于获取轨道列车中任一车辆的参数信息，并根据所述参数信息计算所述车辆受到的阻力；第一计算模块，用于基于轮对转矩方程，获得所述车辆中每个轮对对应的切向轮
轨力；第二计算模块，用于根据所述参数信息、所述阻力和所述切向轮轨力，计算所述车辆中每个轮对对应的轮轴作用力、所述车辆受到的车钩合力以及所述车辆的车体对所述车辆中每个转向架的横向力；轴重计算模块，用于根据所述参数信息、所述阻力、所述轮轴作用力、所述车钩合力和所述横向力，计算所述车辆中每个轮轴的轴重。
7.进一步的，采用步骤s6中轴重测量装置进行轴重测量的方法为：（1）获取轨道列车中任一车辆的参数信息，并根据所述参数信息计算所述车辆受到的阻力；（2）基于轮对转矩方程，获得所述车辆中每个轮对对应的切向轮轨力；根据所述参数信息、所述阻力和所述切向轮轨力，计算所述车辆中每个轮对对应的轮轴作用力、所述车辆受到的车钩合力以及所述车辆的车体对所述车辆中每个转向架的横向力；（3）根据所述参数信息、所述阻力、所述轮轴作用力、所述车钩合力和所述横向力，计算所述车辆中每个轮轴的轴重。
8.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过监测大跨度轨道桥列车荷载作用下的响应值与阈值进行比较，小于等于阈值说明结构处于安全状态，大于阈值需要预警；本发明对健康监测系统的海量数据进行评估分析，并提取有用的特征或指标，以准确评估桥梁结构当前的真实状态。本发明为轨道桥专用监测评价，相比与公路桥，轨道桥存在列车荷载单一、列车行驶规律等特点，同时列车在短时间内通过桥梁，可以看成环境温度、风等作用保持不变；因此，监测系统的实测数据与有限元模型的理论数据可以相互对应，保证评价可靠与有效。
9.附图说明
10.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：图1为主跨跨中竖向变形实时监测数据表；图2为单列车作用下主跨跨中竖向变形监测数据表；图3为单列车作用下主跨跨中竖向变形实时评价表；图4为轴重测量装置的示意图。
11.具体实施方式
12.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
13.以下结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
14.本发明所提供的一种大跨度轨道专用桥结构状态监测与评价方法的具体实施例：大跨度轨道专用桥结构状态监测与评价方法，包括以下步骤：
s1：根据相关规范及结构特点进行监测系统设计，所述的相关规范为《城市轨道交通设施运营监测技术规范第2部分：桥梁》（gb/t 39559.2-2020），所述结构特点包括桥梁型式、受力特点、风险特征等；s2：依据监测方案进行传感器安装，包括gnss变形监测系统、光栅光纤应变传感器等，采集频次须大于1hz；s3：自行开发桥梁结构监测系统，桥梁系统监测系统包括数据采集、数据传输、数据处理、数据管理、以及数据分析与应用等子系统，实现大跨度轨道专用桥结构状态实时监测，此数据包含列车、温度、风、收缩徐变等作用响应；所述的桥梁结构监测系统具有对桥梁设定参数连续监测、自动记录、数据显示、报警评估的功能；s4：在桥梁起止两端安装列车触发装置，列车上、下桥时通过触发装置识别并记录对应时刻；触发装置包括中央控制单元和红外线摄像头，红外线摄像头安装在桥梁上，红外线摄像头与中央控制单元连接；s5：以列车上桥时刻监测数据为基准值，识别列车荷载作用下的响应值，响应值包括结构变形及应力监测数据；如图1所示，为主跨跨中竖向变形实时监测数据表，图2为单列车作用下主跨跨中竖向变形监测数据表；s6：在桥梁起止两端安装列车轴重测量装置，轴重参数录入有限元模型，得出结构理论计算值；s7：将列车荷载作用下的响应值与阈值进行对比分析，实现桥梁结构状态实时评价；如图3所示，为单列车作用下主跨跨中竖向变形实时评价表。
15.如图4所示，步骤s6中所述的轴重测量装置包括获取模块，用于获取轨道列车中任一车辆的参数信息，并根据所述参数信息计算所述车辆受到的阻力；第一计算模块，用于基于轮对转矩方程，获得所述车辆中每个轮对对应的切向轮轨力；第二计算模块，用于根据所述参数信息、所述阻力和所述切向轮轨力，计算所述车辆中每个轮对对应的轮轴作用力、所述车辆受到的车钩合力以及所述车辆的车体对所述车辆中每个转向架的横向力；轴重计算模块，用于根据所述参数信息、所述阻力、所述轮轴作用力、所述车钩合力和所述横向力，计算所述车辆中每个轮轴的轴重。
16.采用步骤s6中轴重测量装置进行轴重测量的方法为：（1）获取轨道列车中任一车辆的参数信息，并根据所述参数信息计算所述车辆受到的阻力；（2）基于轮对转矩方程，获得所述车辆中每个轮对对应的切向轮轨力；根据所述参数信息、所述阻力和所述切向轮轨力，计算所述车辆中每个轮对对应的轮轴作用力、所述车辆受到的车钩合力以及所述车辆的车体对所述车辆中每个转向架的横向力；（3）根据所述参数信息、所述阻力、所述轮轴作用力、所述车钩合力和所述横向力，计算所述车辆中每个轮轴的轴重需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
17.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：

1.大跨度轨道专用桥结构状态监测与评价方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：根据相关规范及桥梁结构特点进行监测系统方案设计；s2：依据设计的监测系统方案进行传感器安装，包括gnss变形监测系统、光栅光纤应变传感器等，采集频次须大于1hz；s3：自行开发桥梁结构监测系统，桥梁系统监测系统包括数据采集、数据传输、数据处理、数据管理、以及数据分析与应用等子系统，实现大跨度轨道专用桥结构状态实时监测，此数据包含列车、温度、风、收缩徐变等作用响应；s4：在桥梁起止两端安装列车触发装置，列车上、下桥时通过触发装置识别并记录对应时刻；s5：以列车上桥时刻监测数据为基准值，识别列车荷载作用下的响应值，响应值包括结构变形及应力监测数据；s6：在桥梁起止两端安装列车轴重测量装置，轴重参数录入有限元模型，得出结构理论计算值；s7：将列车荷载作用下的响应值与阈值进行对比分析，实现桥梁结构状态实时评价。2.根据权利要求1所述的大跨度轨道专用桥结构状态监测与评价方法，其特征在于，步骤s4中所述的触发装置包括中央控制单元和红外线摄像头，红外线摄像头安装在桥梁上，红外线摄像头与中央控制单元连接。3.根据权利要求1所述的大跨度轨道专用桥结构状态监测与评价方法，其特征在于，步骤s6中所述的轴重测量装置包括获取模块，用于获取轨道列车中任一车辆的参数信息，并根据所述参数信息计算所述车辆受到的阻力；第一计算模块，用于基于轮对转矩方程，获得所述车辆中每个轮对对应的切向轮轨力；第二计算模块，用于根据所述参数信息、所述阻力和所述切向轮轨力，计算所述车辆中每个轮对对应的轮轴作用力、所述车辆受到的车钩合力以及所述车辆的车体对所述车辆中每个转向架的横向力；轴重计算模块，用于根据所述参数信息、所述阻力、所述轮轴作用力、所述车钩合力和所述横向力，计算所述车辆中每个轮轴的轴重。4.根据权利要求3所述的大跨度轨道专用桥结构状态监测与评价方法，其特征在于，采用步骤s6中轴重测量装置进行轴重测量的方法为：（1）获取轨道列车中任一车辆的参数信息，并根据所述参数信息计算所述车辆受到的阻力；（2）基于轮对转矩方程，获得所述车辆中每个轮对对应的切向轮轨力；根据所述参数信息、所述阻力和所述切向轮轨力，计算所述车辆中每个轮对对应的轮轴作用力、所述车辆受到的车钩合力以及所述车辆的车体对所述车辆中每个转向架的横向力；（3）根据所述参数信息、所述阻力、所述轮轴作用力、所述车钩合力和所述横向力，计算所述车辆中每个轮轴的轴重。

技术总结

大跨度轨道专用桥结构状态监测与评价方法，包括以下步骤：S1：根据相关规范及桥梁结构特点进行监测系统方案设计；S2：依据设计的监测系统方案进行传感器安装，包括GNSS变形监测系统、光栅光纤应变传感器等，采集频次须大于1HZ；S3：自行开发桥梁结构监测系统，桥梁系统监测系统包括数据采集、数据传输、数据处理、数据管理、以及数据分析与应用等子系统；综上所述，本发明通过监测大跨度轨道桥列车荷载作用下的响应值与阈值进行比较，小于等于阈值说明结构处于安全状态，大于阈值需要预警；本发明对大跨度轨道桥健康监测系统的海量数据进行评估分析，并提取有用的特征或指标，以准确评估桥梁结构当前的真实状态。估桥梁结构当前的真实状态。估桥梁结构当前的真实状态。