[发明专利]一种桥梁损伤定位方法及其定量方法

权利要求书

1.一种桥梁损伤定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，获取移动荷载下桥梁动挠度响应中每一时刻t的移动荷载频率成分u_m(t)；

步骤S2，在移动荷载下桥梁动挠度响应中，获取无损桥梁移动荷载频率成分与有损桥梁移动荷载频率成分之间的变化量并对其利用滑动平均滤波提取准静态成分改变量Δu'(t)；

步骤S3，将桥梁沿纵向划分，均分为N个单元，对应于第n号单元桥梁损伤前和损伤后的挠度响应改变量Ω_n，1≤n≤N；利用判断桥梁损伤位置，根据步骤S2确定第n号单元的准静态成分改变量Δu_n，并利用准静态成分改变量Δu_n，确定第n号单元的DLI_n；若单元n-1、n、n+1均无损，则Ω_n-1、Ω_n、Ω_n+1的线性关系良好，DLI_n指标将接近于零；反之，若单元n为损伤单元，非线性关系将导致指标DLI_n突变；通过比较该指标是否突变来识别损伤单元；滑动平均滤波提取准静态成分改变量Δu'(t)过程采用下式：

Δu'(t)表示使用MAF过滤移动荷载频率成分后的输出信号；M表示数据窗口宽度，即时刻t某一邻域内数据点的个数；考虑到域的对称性，M取为奇数；Δt为两个相邻离散数据点的时间间隔；采用傅里叶变换插值算法估计高频振动成分的频率f，计算其周期T＝1/f和一个周期内数据点个数M′＝T×f_s，f_s表示采样频率，并将最邻近M'的奇数取为MAF窗口宽度M。

2.根据权利要求1所述的一种桥梁损伤定位方法，其特征在于，移动荷载频率成分u_m(t)的获取过程采用基于希尔伯特变换提出的解析模式分解方法。

3.一种桥梁损伤定量方法，其特征在于，利用权利要求1-2任一项权利要求所述的一种桥梁损伤定位方法，进行桥梁损伤位置定位。

4.根据权利要求3所述的一种桥梁损伤定量方法，其特征在于，在桥梁损伤位置进行定量的具体步骤为：

全桥范围内挠度改变量之和Ψ与损伤因子1/α存在线性关系，且斜率为χ；假设桥梁共有nd处位置存在损伤，并且桥上布置了ns个挠度监测点，对于某个损伤单元和某处测点可建立线性关系如下：

其中，i和j分别指响应测点编号和损伤位置编号；Ψⁱ，i＝1,2,L,ns表示i号测点的全桥挠度改变量；1/α_j，j＝1,2,L,nd表示第j处损伤的损伤因子；上式还可改写成矩阵形式：

通过上式求解不同位置的损伤程度α_j，j＝1,2,L,nd，需首先确定参数Ψⁱ与χ^i,j；求解参数Ψⁱ可通过求解损伤引起i号测点实测动力响应的准静态成分改变量，然后计算该改变量在全桥范围内的累积量，建立简易的桥梁有限元模型；利用该有限元模型分析在第j处损伤位置和不同损伤因子1/α_j工况下的i号测点Ψⁱ，并拟合出两者的线性关系，其斜率或截距可用于确定χ^i,j；为了确保上式能被求解，响应测点数量应保证不小于损伤位置数量，即ns≥nd。