基于ZFFT的橋梁索力測量方法及其應(yīng)用軟件開發(fā).pdf

1、大型橋梁的安全性與可靠性對社會影響巨大，其拉索的受力狀態(tài)是評價橋梁運營安全的重要指標之一。索力測量方法主要有油壓表法、壓應(yīng)力法和頻率法。油壓表法和壓應(yīng)力法僅適合在建橋梁的索力檢測，而頻率法因其具有設(shè)備可重復(fù)使用，整套設(shè)備攜帶、安裝方便，可對已經(jīng)施工完畢的大型橋梁進行索力復(fù)測。工程上橋梁索力的測量精度要求控制在±6％以內(nèi)，而頻率法的索力測量精度一般難以滿足工程實際應(yīng)用要求。因此，有必要對提高索力測量精度做進一步的研究。本論文研究了橋梁索力

2、應(yīng)力波無損測試中的信號降噪方法和頻普精細化處理方法，并開發(fā)了相應(yīng)的工程應(yīng)用軟件。本文的主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下：
　　（1）對比分析巴特沃斯濾波、切比雪夫濾波和小波降噪三種方法對拉索振動信號的降噪效果。小波降噪處理后的拉索振動信號，頻譜曲線中各處波峰位置處所對應(yīng)的頻率值最為容易判定。根據(jù)噪聲和信號的小波系數(shù)在不同尺度上具有不同性質(zhì)的機理，在小波域內(nèi)使用模極大值法對含有噪聲的拉索振動信號的小波系數(shù)進行處理，將經(jīng)過處理后的小波系數(shù)重構(gòu)原

3、始信號，得到真實信號的最優(yōu)估計。小波降噪方法對拉索振動信號進行降噪處理的效果優(yōu)于切比雪夫濾波和巴特沃斯濾波，使用模極大值法在不同尺度上對拉索振動信號進行處理，有助于提高拉索振動信號的抗干擾能力。
　?。?）研究了 ZFFT方法在拉索振動信號處理中的應(yīng)用。拉索的低頻段很低，常與橋面板或橋塔基頻耦合，導(dǎo)致實測拉索振動信號處理結(jié)果中譜曲線上常出現(xiàn)頻率混疊現(xiàn)象?；赯FFT算法的頻譜細化技術(shù)適用于干涉現(xiàn)象嚴重的密集型頻率成分的情況下，因此

4、將ZFFT算法應(yīng)用于橋梁拉索的振動頻率識別當(dāng)中。采用ZFFT算法對拉索振動信號進行頻譜分析，具有在選定頻率范圍內(nèi)進行頻譜細化分析的特點，有助于提高頻率分辨率和減少采樣點數(shù)的計算量。實測拉索振動信號進行ZFFT分析的實驗結(jié)果表明，在采樣長度、采樣頻率等參數(shù)相同情況下，ZFFT分析獲得的頻率分辨率比傳統(tǒng)傅里葉分析方法高10倍，提高了拉索索力的檢測精度。
　?。?）根據(jù)索力測量的實際應(yīng)用要求，完成了系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計和索力測試應(yīng)用軟件的

5、開發(fā)。通過LabVIEW軟件編寫的應(yīng)用程序主要功能模塊包括采樣信號的實時顯示、拉索基頻的自動識別、檢測結(jié)果的自動生成等功能。硬件電路的設(shè)計主要包括信號放大、濾波電路模塊設(shè)計、STM32微控制器最小系統(tǒng)的實現(xiàn)以及數(shù)據(jù)采集單元的軟件編程。最后對索力測量系統(tǒng)進行了現(xiàn)場測試，測試結(jié)果與該橋在13年索力調(diào)整目標值進行對比，得到最大誤差小于±3%，說明測量結(jié)果可靠且索力測量系統(tǒng)可以滿足工程應(yīng)用要求。
　　本文研究的基于ZFFT的橋梁索力測量方