[发明专利]一种基于准分布式加速度数据的能量损伤识别方法

说明书

技术领域

本发明属于桥梁结构安全监测领域，具体涉及一种基于准分布式加速度数据的能量损伤识别方法。

背景技术

随着科技的进步以及交通运输量发展的需要，许多大跨桥梁已经建成或即将建成。大跨桥梁在服役过程中，长期承受重复车辆荷载、风荷载、超载以及潜在的地震作用，加之设计和建造环节的不足，均可能致使大跨桥梁结构出现损伤，长期的损伤累积可能严重影响结构的安全性、适用性和耐久性，桥梁垮塌会造成重大的人员伤亡和经济损失，同时带来极坏的社会影响。

在桥梁建设和运行过程中，人们已经意识到了对大跨桥梁进行安全监测的重要性，但由于监测设备、损伤识别方法等的限制，不能及时对桥梁损伤做出准确的预警，致使桥梁坍塌事故时有发生。因此，研究新的适于大跨桥梁的损伤识别方法成为各国研究人员的重点。

纵观结构损伤识别方法的发展历程，基于振动的结构损伤识别方法得到了广泛应用和发展，传统的基于振动的损伤识别方法(基于振型的方法、振型曲率法、柔度曲率法等)都是根据结构几何参数(质量、阻尼、刚度)的改变导致结构模态参数(特征频率、模态振型以及模态阻尼比)的变化进行损伤识别的。已有的研究表明，传统的损伤识别方法对于大跨桥梁往往难以实现对损伤的准确识别和量化。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种基于准分布式加速度数据的能量损伤识别方法，实现对大跨桥梁结构损伤的准确快速识别和量化。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种基于准分布式加速度数据的能量损伤识别方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在待监测的大跨桥梁上准分布式布设多个竖向加速度传感器，用于测量在外界激励下大跨桥梁结构的竖向加速度时程响应信号，该信号经过滤波处理后被读入并存储于计算机；

(2)在大跨桥梁未损伤状态时采集加速度时程数据信号，经过滤波处理后进行快速傅里叶变换，计算大跨桥梁未损伤时的准分布式加速度能量E0；

(3)在大跨桥梁运营期间实时地采集加速度时程数据信号，经过滤波处理后进行快速傅里叶变换，实时计算大跨桥梁运营期间的准分布式加速度能量E_d，并计算E_d和E₀的能量差指标和/或能量曲率差指标；

(4)将多个竖向加速度传感器测算得到的能量差指标和/或能量曲率差指标绘制成图形，利用能量差指标和/或能量曲率差指标的峰值来定位损伤位置，同时基于能量差指标和/或能量曲率差指标的变化率峰值大小量化损伤。

进一步的，求解准分布式加速度能量时采用对加速度时程响应信号的功率谱密度函数在全频段内积分而得到。

下面介绍理论推导的具体过程：

对于桥梁结构，其运动微分方程：Mx··(t)+Cx·(t)+Kx(t)=F(t)---(1)]]>

其中M、C、K分别是质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵。阻尼矩阵C采用Rayleigh阻尼，C＝αM+βK2,比例系数α、β通过第一振型和第二振型相关阻尼比确定。x(t)、及分别为结构响应的位移、速度及加速度列向量。F(t)为荷载列向量。

将运动学方程(1)经过傅立叶变换，得到(K-ω²M+jωC)X(ω)=F(ω)    (3)

其中j为数学上的虚数单位。