基于分布式测试技术的特大型桥梁结构动力学性能研究

2016-08-22 10:11:14 阅读次数:23123

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摘要:随着科学技术的发展，尤其是通信技术、数据采集技术和传感器制造技术的发展，分布式测试技术在大型桥梁结构动力学参数测试中越来越受到重视，它克服了传统测试技术测试时间长、实时性差、施工困难等缺点，大大减轻专业技术人员的工作强度，节约成本，取得了良好的试验效果。

关键词:分布式测试技术,桥梁模态

引言

桥梁动力学参数是评价桥梁是否符合设计指标的一个重要参数，一般的桥梁模态只关心前几阶模态如：竖向弯曲、横漂、纵漂和扭转。桥梁振型对应的脉动频率都比较低，一般在20Hz以下，对于特大型桥梁，这个频率会更低。由于现场施工作业和多方协调工作相对困难，因此对特大型桥梁的动力学参数的测试验证工作，要求测试过程方便、快捷、准确。

传统的桥梁测试都是通过有线方式进行的，它将桥梁上各点传感器都接到同一台采集仪内，通过一台电脑实现各通道同步采集数据。近些年来大型桥梁发展迅速，如果使用传统的测试方法需要布置的导线就会很长，施工繁琐，问题排查困难，导线资源浪费，具有一定的局限性^[1,2]。分布式测试技术打破了这一局限性，将传感器与采集仪的导线距离缩短，采用先进的同步技术完成采集系统间的同步操作控制，提高了测试效率。

1 桥梁分布式测试技术

1.1 测试方案

特大型桥梁相比于小型的桥梁，跨径大，测点多，结构变形复杂，将分布式测试技术应用于特大型桥梁可快速准确的获得动力学参数。图1为我们承接的大型三塔四跨悬索桥，其几何模型为：桥长225+850x2+225=2150米，主跨850米，主跨分成八个断面，相邻两个断面的长度达106米。

图1 桥梁立面图

该项目需要获得扭转、弯曲等模态参数，扭转模态需要上下游都布置垂直传感器，水平弯曲需要在上游或下游一侧布置水平传感器。如果每个断面上的采集仪使用拉长导线的方式，就要使用多根百米长度的导线，工作量很大，采用分布式测试技术，工作量将显著减少，节约成本。具体的布置方案如图2所示。

图2 桥梁模态测试布点图

1.2 同步技术

为了获得良好的动力学参数就必须要保证所有测点的振动信号相位相同，必须使用同步。同步有两种方式，有线同步和无线同步。有线同步顾名思义是指使用同步线将所有的采集装置联起来，使用一台交换机或者使用同步线然后给他们同一个触发信号；而无线同步是指所有的采集装置通过内部的无线接收机来自同一信号源的同频同相时钟和各种触发信号，如GPS信号。可见对于大跨径桥梁结构，有线同步需要很长的同步导线，操作繁琐，而无线同步方式各采集设备之间不需要额外的导线连接，是一种好选择。

图3 GPS同步

尽管GPS同步不受距离影响，同步精度较高，有着突出的优点，但也有不足之处，首先，GPS易受到特殊天气的影响，如在户外遇到乌云密布的天气，GPS卫星信号可能会搜索不到，其次是GPS易受到外部高功率信号的影响，如果在大桥附近有高功率雷达时，GPS信号将受到严重影响。

1.3 INV9580分布式测试系统

采用先进的具有分布式测试技术的INV9580无线测试系统，每台采集仪自带存储功能，可离线采集，带电池可长时间工作，带GPS同步功能。所有的采集仪集中在一起使用GPS同步，设定好在同一时刻采集，完成后可由一个人开车将采集仪分别放置于指定的位置。待各采集仪达到指定时间后即可同步采集，采集结束后，再开车将所有的采集仪收集起来即可，方便快速。主跨INV9580采集仪布置如图4所示，GPS同步定时操作如图5-图7所示。