橋梁健康監(jiān)測設(shè)計與數(shù)據(jù)采集分析.pdf

1、橋梁安全是舉世矚目的重大科技和社會問題。地震、颶風(fēng)、洪水等自然災(zāi)害，結(jié)構(gòu)與材料老化、腐蝕、環(huán)境變化等引起的自然退化，以及管理混亂、偷工減料、貪污腐敗等一些非自然因素，導(dǎo)致工程構(gòu)造破壞或潛藏不安全隱患，使人民生命財產(chǎn)受到嚴(yán)重威脅。但是，自然災(zāi)害很難精確預(yù)測，自然退化事實(shí)上不可避免，非自然因素幾乎防不勝防。因此，人們希望未來的橋梁工程具有以下幾個方面的特點(diǎn)：以生物界的方式感知結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)部的狀態(tài)和外部的環(huán)境，并及時做出判斷和反應(yīng)；能感知和預(yù)報

2、結(jié)構(gòu)內(nèi)部的隱患、整體與局部的變形和受損的情況；應(yīng)具有信息處理系統(tǒng)，能迅速地處理突發(fā)事故，并能自動調(diào)節(jié)和控制，以使整個結(jié)構(gòu)系統(tǒng)始終處于最佳工作狀態(tài)。
　　 本文首先闡述了橋梁健康監(jiān)測的意義，介紹了國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀；探討了橋梁監(jiān)測的相關(guān)理論；介紹了橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，并闡述了系統(tǒng)的試驗(yàn)過程。該系統(tǒng)已通過省級鑒定。
　　 系統(tǒng)選用壓電片P-51作為壓力傳感器，采取了多傳感方式，根據(jù)傳感器優(yōu)化理論選擇布設(shè)方案。壓力傳

3、感器受到壓力，產(chǎn)生電荷，且產(chǎn)生電荷的大小與受到的壓力大小保持對應(yīng)關(guān)系，系統(tǒng)基于這個原理將橋梁的振動信號轉(zhuǎn)化為電荷信號進(jìn)行采集和處理。系統(tǒng)依據(jù)傳感器的原理設(shè)計出4路的壓電傳感器放大電路，在橋梁監(jiān)控系統(tǒng)主控板設(shè)計時為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用了ATmega64高性能處理器。數(shù)據(jù)信號采集過程中采用AD7708進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，并設(shè)計了合理的AD7708前端隔離電路以達(dá)到抗干擾的作用。而上位機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)通過軟件方式連續(xù)地對數(shù)據(jù)信號進(jìn)行讀取，獲得數(shù)據(jù)，并以

4、數(shù)值和二維圖像兩種形式實(shí)時顯示這些數(shù)據(jù)，從而能如實(shí)直觀反映橋梁當(dāng)前的受壓振動情況。并對橋梁模型加載不同的荷載量，觀察橋梁的振動情況，軟件同時能實(shí)時地對數(shù)據(jù)做相應(yīng)處理，通過實(shí)時FFT變換和小波變換，能直觀得到橋梁在承載不同載荷量的情況下，橋梁振動的頻率分布情況及其變化趨勢，根據(jù)這些變化來判斷橋梁的承載能力及承載極限。
　　 通過對模型橋梁加載不同的荷載量和各種破壞來模擬實(shí)際橋梁的健康受損情況，經(jīng)采集系統(tǒng)對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，上位機(jī)監(jiān)