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原文传递连通管式桥梁挠度监测系统的低频动态特性研究

论文题名：	连通管式桥梁挠度监测系统的低频动态特性研究
关键词：	连通管式桥梁;挠度;桥梁安全监测;振动试验
摘要：	挠度是桥梁安全监测、评价的重要参数之一，为了掌握桥梁结构是否有突变、异常情况发生，对挠度进行多点同步动态监测非常必要。连通管测量法具有多测点同步检测、精度高、适应范围广、受环境干扰小、性价比高等其他挠度测量法不可比拟的优势，挖掘连通管进行动态测量的潜力，将现有静态和动态测量系统合二为一，利用连通管实现挠度静、动态测量具有重要的经济及理论价值。连通管法动态测量是以管内液体作为传感介质的连通管系统对动态位移的响应测量，与连通管内液体的运动特性有关。建立连通管测量系统的液体运动模型，开展其动态特性的研究是非常必要的。论文在连通管静态测量原理的基础上，分析连通管内液体运动属于不稳定流，对其能量方程和连续方程进行了推导。由于多连通管内液体运动相互耦合，非常复杂，将多连通系统简化抽象为考虑基准桶的三通管模型进行分析，利用能量方程和连续方程对管内液体的运动微分方程进行了推导。在此基础上，从时域和频域两个方面对动态特性进行分析。计算了时域动态特性指标，分析了连通管直径、长度、管内液体高度、液体运动粘滞系数、基准桶与连通管的截面积之比等参数对液体运动及固有频率的影响，并对连通管液体系统的频响特性进行了分析。在理论分析的基础上，根据桥梁受激励形式的特点提出了进行阶跃响应和连续振动的试验方法，设计完成了试验系统。试验系统由三连通管系统、振动系统和液位自动测量系统三部分组成。利用变频器、电动机、减速箱、连杆机构和导向壁等设计了振动系统，选用重庆大学研制的光电液位传感器组成液位自动测量系统。由于光电液位传感器针对静态液位测量而设计，动态采集信号差且同步采集频率低，不能满足动态试验要求。从液位测量系统的组成及传感器工作原理对现有问题进行了深入剖析，发现光电图像法在对运动浮子尺寸测量时存在畸变问题，构建动态测量模型对问题进行分析，得出实际采集浮子高度是液体粘滞影响系数、振动台运动速度和传感器扫描速度的函数，影响大小又与振动方向有关。针对原采集模块硬件电路复杂、效能低的问题进行了整体电路改进，设计多机通讯协议、扩展数据存储器以实现多点同步动态采集。结合畸变模型的分析和采集波形的特点对软件的采集和处理程序、工作方式等进行了设计，实现了液位的多点同步动态采集。在试验平台上完成阶跃响应试验和连续振动试验，测量了连通管系统的时域动态特性指标并进行了系统参数影响试验。分析得到了系统低频率振动激励下的幅频特性曲线，发现系统不失真响应的频率范围较低，振动频率增大后幅度响应出现失真，但频率响应失真小。最后针对超低频动态位移测量数据的特点，提出利用改进的小波阈值分析法进行去噪处理，得到了很好的试验效果。通过连通管系统动态特性的理论分析及试验可知，利用连通管可以进行超低频动态位移信号测量。连通管系统在较高振动激励频率作用下幅度响应较差，但频率响应失真小，可以作为振动信号测试的一种新方法，对于大型桥梁的模态测量具有重要的价值。
作者：	刘国平
专业：	光学工程
导师：	陈伟民
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文