[发明专利]一种应变动力系数的测定方法

说明书

技术领域

本发明是一种应变动力系数的测定方法，具体来说，涉及一种基于测量的动应变样本确定结构局部动力系数的测定方法。

背景技术

在桥梁结构的设计、维护、安全评估与加固过程中，通常采用所谓“动力系数”来表征列车作用下桥梁结构振动的剧烈程度。其定义为：列车运行对结构产生的动态反应(动态挠度或应力)对静态反应(静态挠度或应力)之比。如果动力系数使用不当将极大地影响桥梁建造与维护的经济指标。动力系数一般由桥梁主结构在列车载荷作用下的总体动力响应导出，而桥梁之上一些构件所受到的局部振动冲击作用不容忽视，由振动引起桥梁结构局部应力需要精确标定。在桥梁应力测量过程中，所获得的通常只有局部的动应变时程样本。因此，通过信号处理手段从动应变样本中提取静应变时程，并最终标定动力系数值的测定方法研究，具有十分重要的意义。

目前，各土木、建筑领域对基于动应变采集样本测定应变动力系数的手段，共有以下几种方法：(1)经验识别法：基于采集的动应变样本，通过经验确定结构局部位置静应变时程，以采集样本的动应变峰值除以经验所得的静应变峰值来确定动力系数，此方法需要从业者有较丰富的经验与知识，准确性较差；(2)理论计算和假设法：此法需要事先建立桥梁结构力学计算模型或有限元计算模型，并通过计算得到与采集样本相同荷载作用下结构局部静应变时程，最后以采集样本的动应变峰值除以计算得到的静应变峰值来确定动力系数，此方法依赖于计算模型的准确性，可行性较差；(3)小波包分解法：此法对采集的动应变样本进行小波包分解，并选取小波包中的低频成分作为静应变时程曲线，以采集样本的动应变峰值除以由小波包分解的低频成分所得的静应变峰值来确定动力系数，此方法需要从业者有较丰富的小波包方面与信号处理方面的知识，适用性较差；因此，基于动应变采集样本的结构局部动力系数的测定，有必要研究一种可行性好、准确性高、适用性强的新方法。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种结构局部应变动力系数的测定方法，采用FIR凯塞窗滤波器将采集的动应变样本中高频的振动信号滤除，得到低频的静应变信号，该测定方法可以准确测定局部应变的动力系数。

技术方案：为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种应变动力系数的测定方法，其特征在于，该测定方法包括如下步骤：

步骤10)：采集动应变样本：

将光栅应变计配接到温度采集系统中，然后利用光栅应变计对测点的局部动应变进行采集，光栅应变计将获取的测点动应变信息传递到应变采集系统中，形成动应变样本，动应变样本包含列车作用下不同时刻对应的应变值；

步骤20)：设计FIR凯塞窗滤波参数；

由于光栅应变计采集的动应变中振动成分相对静应变成分为高频信号，通过式(1)设定窗函数的理想滤波器幅度为理想低通滤波：

mags＝[1,0](1)

根据桥梁结构整体的第一阶固有频率和测点所在构件的第一阶固有频率，利用式(2)确定FIR凯塞窗低通滤波器的过度带：

过渡带：fcuts＝[f_c，f_c+Δf]

式中，f_c为凯塞窗低通滤波器的截止频率，Δf是凯塞窗低通滤波器过渡带带宽，l_s表示桥梁的跨径，v表示行过桥梁的汽车或者火车的车速，f_b为桥梁结构整体的第一阶固有频率，f_cp为桥梁测点构件的第一阶固有频率，f_c+Δf的必须取值小于f_b和f_cp中的较小值；

定义通带衰减A_p与阻带衰减A_s，并将其转化为凯FIR塞窗滤波器能够识别的波纹参数，即波纹，根据式(3)计算波纹：

式中，A_p为通带衰减，通常情况下设为1；A_s为阻带衰减，通常情况下设为10～80dB，具体情况视采集信号质量而定；

步骤30)：生成FIR凯塞窗低通滤波器参数，对动应变样本进行滤波；

根据步骤20)的预设参数，基于MATLAB平台生成FIR凯塞窗低通滤波器，并对动应变样本进行滤波，程序代码如下：

[N,Wn,beta,ftype]＝kaiserord(fcuts,mags,dev,fs)； ％生成滤波器参数

lbq＝fir1(N,Wn,ftype,kaiser(N+1,beta))；％生成滤波器