便携式无线索力测试系统研发及应用

为提高桥梁拉索索力的检测精度及效率,基于振动频率法开发了一种以智能手机为现场终端的高精度便携式无线索力测试系统。该系统将高性能微机电(MEMS)加速度芯片、信号调理模块、数模转换模块、无线wifi电子模块集成开发为信号采集器,频谱分析、索力计算及数据存储由智能手机上的索力测试APP完成,信号采集器与智能手机之间采用无线wifi通信。该系统提高了拉索振动信号的采集质量与信噪比,频率识别精度达到0.1%,具有实时频谱分析、拉索固有频率自动识别等特点,可完全满足桥梁拉索索力测量的工程技术要求,并通过工程应用证实了系统良好的高效性和实用性。     

基于图像识别的非接触式索力测试系统的研究

为有效提升振动频率法索力测试的效率与精度，简化测量流程并降低测量成本，提出了一种基于图像识别的非接触式索力测试方法。首先，在拉索上粘贴标靶建立起斜拉索特征，利用手机等终端设备拍摄拉索振动视频，并通过视频数据分解获取拉索振动的图像序列；其次，基于改进的二值化与斑点检测算法对标靶进行识别跟踪，并通过形心拟合实现标靶精确定位，从而计算得到拉索振动时程曲线，经频谱分析后利用振动频率法计算得到拉索索力；最后，基于业务流程与实际需求，设计实现了基于图像识别的非接触式索力测试系统。通过实桥应用，证明了该系统可操作性强、测试精度高，易于在桥梁建设工程中推广。     

基于激光扫描实测索形的斜拉索索力测量方法

为了解决现有的斜拉桥索力测量方法在精度、可靠性、效率等方面仍存在的不足，首次提出了一种由实测索形直接估计索力的新方法，简称索形法。采用在斜拉索上任意截取的拉索节段构建了悬链线力学模型，基于悬链线公式，首次推导了由实测索形点集精确估计拉索张力的计算公式。地面激光扫描技术被研究用于快速捕获斜拉索索形，开发了基于扫描点云自动化精确提取拉索中心线的算法。以在建的水土嘉陵江大桥为试验对象，详细分析了三维扫描测量误差、拉索截面弯曲刚度及边界条件和拉索局部弯曲变形、拉索振动等索形偏差因素及其对索力计算精度的影响。研究结果表明：已知拉索直径条件下，三维扫描实测索形误差为0.000 4~0.001 5 m之间，测量误差引起的索力计算误差在0.2%以内；拉索弯曲刚度与锚固边界条件引起的索形与标准悬链线形的偏差较小，对索力计算精度的影响可以忽略不计；当拉索自振振幅小于R/4时，三维扫描仍能精确测量拉索的索形；在多种索形偏差的叠加下，所提出的索力计算方法能够实现数值计算的最优估计。对比索形法和被精确标定的千斤顶的测试结果表明，索形法的索力测量值与千斤顶测量值吻合，最大偏差为0.9%，证明了该方法具有较高的索力测量精度；与频率法对比结果表明，所提出方法的数据采集效率提高了8倍，并且具有自动化程度高、测量风险低、测量结果可靠性强等优点。     

斜拉桥拉索健康监测技术综述

拉索是斜拉桥的主要传力结构,索的健康状态将直接决定着桥梁的正常运营。现系统阐述了基于压力传感器的索力监测法、基于振动频率的索力监测法、基于电磁传感器的索力监测法、光纤光栅监测法及声发射监测法等几种主要的拉索健康监测技术的基本原理,并对其适用性进行了讨论,为斜拉桥拉索健康监测提拱了有力依据。     

基于线形识别的索力测量方法影响因素研究

拉索是索承重桥梁重要的传力构件，其受力状态是反映桥梁健康状态的重要指标，准确测量拉索的索力对保障桥梁结构的安全至关重要。结合数字图像处理技术和拉索计算理论，提出了一种基于线形识别的索力测量方法，可实现非接触式无损测量，设备简单，操作方便，效率高。通过高精度的图像采集及数字图像处理技术进行拉索线形的识别与提取，获取拉索有限空间点的几何坐标，再基于悬链线理论和过“三定点”的精确线形数值计算方法，即可快速计算出索力。通过缩尺模型试验验证了该方法可适用于不同长度、不同直径、不同倾角的索力测量，测量误差为2%～5%。采用数值仿真的方法，探究了温度变化、拉索弯曲刚度、减振装置等单一因素变化对索力测量精度的影响规律，并基于模型试验，剖析了图像采集角度及采集距离对测量精度的影响。结果表明：拉索的弯曲刚度、边界条件对短索测量精度的影响较大，拉索温度的变化对测量精度影响较小，减振装置对测量精度的影响随减振装置刚度提高而增大，拉索图像正面平拍和近距离采集可提高方法的精度；基于以上分析，建立了考虑弯曲刚度和减振装置影响的索力修正方法，修正后索力误差为1%～2%。     

智能无线索力传感器的设计及应用

本文针对索力的应用场景,设计了一款智能无线索力传感器。该传感器具有超低功耗、前端智能算法、无线自组织网络等技术特点。提出并实现了在超低功耗嵌入式硬件平台上的索频提取、振幅提取方法,经实验及实际工程检验,该方法测量结果准确。该设计整机平均功耗不超过100u A@3V,可在电池供电环境下实现常年连续工作。此设计有效地解决了拉索监测过程中监测系统建设冗繁、数据分析难度大、系统成本偏高、维护复杂等实际工程问题。     

等值张拉时基于振动法的平行钢绞线索索力测试分析

采用振动法对杭埠河大桥平行钢绞线索进行了索力测试,分析了平行钢绞线索的离散性、垂度和区域性接触对索力测试的影响,采用逐步扩大法模拟平行钢绞线索的离散性。讨论了拉索自振频率的确定、面内面外振动的振动特性以及不同拾振器放置位置时的实测信号特征。基于有限元方法建立平行钢绞线索及钢绞线-HDPE套管接触耦合模型,进行了平行钢绞线索振动特性分析。结果表明:振动法可以用于平行钢绞线索索力测试,索力计算时应尽量采用低阶频率;钢绞线间的离散性和索力不均匀性对拉索振动影响较小,拉索面内振动受施工影响较大,钢绞线面外振动频谱特征更为明显,低阶振动分量较多且易识别,利用面外振动可以更好地确定拉索自振频率;考虑HDPE套管质量,修正拉索线密度可提高索力测量精度。     

磁通量传感器在宜宾长江大桥斜拉索监测中的应用

斜拉索是斜拉桥的核心构件,及时监控监测其在施工和运营期间的受力状态极其重要。基于磁弹效应测量原理的磁通量传感器,是一种新无损检测技术,可有效测量斜拉索的索力。介绍对宜宾长江大桥磁通量传感器监测系统及应用情况。     

非接触型电磁感应式索力测量传感器试验研究

利用电磁感应原理,根据感应线圈产生感应电动势值与索体振动横向位移成正相关的特性,设计了一种基于电磁感应效应的非接触型索力测量传感器。通过室内试验,与加速度传感器的采集数据对比分析,表明该传感器能精确测量拉索的前几阶固有频率。针对桥梁工程中拉索的构造特点,提出对称布置2个传感器以提高测试精度的措施。     

形变雷达在桥梁斜拉索索力测试中的应用初探

本文对新型形变测量产品——形变雷达在桥梁斜拉索索力测试中的应用进行了初步研究。通过形变雷达监测斜拉索的振动位移,提取其振动基频,进而应用频率法计算得到拉索索力。形变雷达可以实现非接触式的多索同测,不仅能够降低工程实施成本,而且能提高索力测试精度和索力检测效率,是更加快捷、方便的测量装备。     

基于频率法的索力测量系统

为了在工程现场快速方便地检测斜拉桥的拉索索力,依据随机振动法索力检测原理,开发了一种新型的索力测量系统。通过对随机振动法索力检测方法的概述,介绍了该系统的性能、硬件结构和软件模块,并重点阐述了通过数字滤波抑制快速傅里叶分析(FFT)的混频现象、自动扫描确定主振频率和提高索力计算精度的方法和措施。索力测量系统以AT89C55WD单片机(SCM)为平台,集成了电荷放大器、信号分析仪和计算器的相关功能。在工程现场,只需输入少量参数,拉索振动信号采集、信号的快速傅里叶分析和对应的索力计算即可在线自动完成。     

斜拉桥拉索减振阻尼器对拉索索力测量的影响研究

针对采用频率法测量拉索索力时拉索外加阻尼器对索力测量精度影响的问题,提出了考虑拉索垂度的拉索-阻尼器系统模态频率的分析方法,研究了阻尼器安装的相对高度、拉索的计算长度、阻尼系数等对拉索模态频率的影响程度和规律,获得了消除拉索减振阻尼器对索力测量精度影响的办法。研究表明,外加阻尼器对拉索低阶模态频率影响很大,采用高阶模态频率测量拉索索力时,索力测量能获得很好的精度。随着拉索-阻尼器系统相对安装长度和阻尼系数的增大,阻尼器对拉索模态频率的影响也越大,当阻尼系数增加到一定程度后,拉索的高阶模态频率基本与阻尼系数无穷大时的频率接近,阻尼器相当于固定支撑。以岳阳洞庭湖大桥A11号拉索为例,验证了该方法合理可行。     

多视域下基于全息性态特征的索力测试方法研究北大核心

为精确高效地进行大型斜拉桥拉索索力机器视觉测量,提出了多视域下基于全息性态特征的索力测试新方法,并进行室内试验和现场测试验证。该方法采用全息视觉传感器系统进行拉索视觉数据采集,基于被测目标像素特性,构造像素转换与位置映射矩阵进行像素增强,通过等高线云图闭环阈值分割逐次解析复杂测试场景下拉索空间几何构型,进而量化分析全息性态特征点集参数计算索力。以室内钢丝绳模型索以及主跨445 m的重庆东水门长江大桥斜拉索为测试对象,进行了拉索空间几何构型及误差分析,并计算拉索索力。结果表明:该方法可有效提高机器视觉架构下拉索几何构型以及大规模索力测试的计算效率与精度,室内模型索索力测试最大误差2.98%,均方根误差1.05%;现场斜拉索索力测试最大误差4.37%,均方根误差2.79%,验证了该方法的有效性与稳定性,可应用于复杂测试场景下拉索索力高频次、快速测试。     

一种新型平行钢丝智能拉索

在制备纤维增强塑料(FRP)筋的过程中,沿筋长度方向埋入光纤Bragg光栅传感器,制成了光纤光栅-纤维增强塑料复合筋(FRP-OFBG筋)。拉索制作过程中,将FRP-OFBG筋布设到平行钢丝拉索中,并利用冷铸锚锚杯内的环氧砂浆固定FRP筋的两端,得到一种新型平行钢丝智能拉索。利用智能筋与平行钢丝的协调变形,实现拉索的应力应变测量,监测拉索的工作状态。试验结果证明,该方法是可行的、有效的,且采用光栅传感器测量拉索应变测量精度较高。     

考虑抗弯刚度的频率法测索力实用公式

运用频率法测量斜拉索索力,基于不同的振动模型,可得到不同的索力求解公式.求得的索力之间有时存在较大差异,为了提高索力测量的精度,选用一组不同长度及截面参数的索对不同的振动模型进行比较,分析了刚度及边界约束在不同振动模型中对索力计算的影响,得到结论:反映拉索刚度的参数ξ与不同振动模型的索力差值相关性良好.在此基础上提出一...     

梁拱组合体系桥柔性吊杆索力测试

对影响频率法测定梁拱组合体系桥梁柔性吊杆索力精度的几个因素，如索的边界条件、刚度及有效计算长度等进行了分析。结果表明，只要吊杆拉索的有效计算长度被合理地确定，则根据所测频率基于弦振动理论在考虑抗弯刚度影响下，所得到吊杆索力在一般情况下均具有相当精度，可以满足运营期间监测吊杆索力的需要。     

基于视频亚像素模板匹配算法的索力试验

针对索结构的索力测试，基于室内试验对比了计算机视觉方法和传统加速度传感器方法，探讨了计算机视觉方法的适用性。研究采用伺服静载锚固试验机张拉单根斜拉索钢绞线，简化模拟索张拉受力状态，通过相机摄影的非接触测量方法测量拉索动态响应，结合亚像素模板匹配算法识别拉索动态变形、基频和索力，并与传统的加速度传感器测试结果进行对比。研究结果表明，计算机视觉方法识别的拉索振动频谱峰值明显，基频识别结果与加速度传感器测试结果基本一致，索力识别结果与实测值相比最大误差不超过6%，具备开展实际结构索力测试的能力。     

钢绞线式斜拉索施工阶段的索力测试

结合四川宜宾长江大桥的现场监控,阐述了钢绞线式斜拉索的特点及频率法测量钢绞线斜拉索索力的基本原理.通过对索力简化公式的修正,准确地测出了索力值,其精度满足工程要求.研究成果对该类斜拉索的索力监测具有指导意义.     

基于非接触式微波测量的斜拉索振动测试研究

非接触式微波测量是一种采用雷达遥感和差分干涉测量的新型测试技术,它可以应用于结构的振动测量和微变形测量。该文对使用非接触式微波测试原理对斜拉索振动和索力测量进行了研究,测试结果表明:微波测量索力的精度不仅满足要求,且具有效率高、受干扰小等优点,可广泛应用于斜拉索的索力测试中。     

连续梁拱组合桥吊杆索力测试研究

该文对影响频率法测定梁拱组合体系桥梁吊杆索力精度的几个因素进行了分析。合理地确定吊杆拉索的有效计算长度,根据所测频率基于弦振动理论在考虑抗弯刚度影响下,所得到吊杆索力在一般情况下均具有相当精度,可以满足运营期间监测吊杆索力的需要。