[发明专利]一种桥梁损伤定位方法及其定量方法

说明书

本发明公开了一种桥梁损伤定位方法及其定量方法，属于结构安全性检测领域。本发明根据相同移动荷载作用下的桥梁响应将会随着损伤而发生改变的特点，将车辆作为移动的激励源，通过桥梁动挠度所构造的方法具有对损伤敏感、对环境温度不敏感的优点；本发明的桥梁动挠度响应准静态成分提取方法，可有效剔除动挠度响应中桥梁自振频率成分和与移动速度相关的高频振动，可大幅提高损伤定位和损伤定量的准确性。

技术领域

本发明属于结构安全性检测领域；涉及一种桥梁损伤定位方法及其定量方法

背景技术

目前，世界各地已建成了大量桥梁，截止到2017年底，仅中国就有公路桥梁83.25万座。大规模的桥梁建设之后，随之而来的问题是如何保障服役桥梁的安全性。快速移动的车辆是公路桥梁最主要的外荷载。车辆引起的疲劳累积效应，时有发生的汽车超载，以及材料老化、环境腐蚀作用，使得桥梁损伤比预计发生得更早，发展速度更快，给桥梁安全性带来了巨大隐患。若能尽早发现桥梁损伤并及时采取养护措施，可有效保障桥梁安全。因此，找到一种能反映结构固有特性且对损伤敏感的损伤指标，形成损伤桥梁损伤定位与定量方法，是一项很有意义但又富有挑战的工作。

从移动荷载引起的桥梁响应中提取的关键信号构造损伤指标，很有希望实现桥梁局部损伤的识别。若损伤导致桥梁结构刚度改变，相同移动荷载作用下的桥梁响应将会随着损伤而发生改变，改变量中包含了结构损伤信息，故可以用于损伤识别。除此以外，该类方法还具有两大优点：

1)车辆作为移动的激励源，当移动到布置在桥梁易损位置的传感器附近时，响应信号会相应出现峰值，此时信号的信噪比最高，更有利于损伤识别。

2)在一列移动车辆过桥的短暂时段内，可以认为环境温度的改变可以忽略，动响应主要由移动车辆引起，故该方法有对环境温度不敏感的优点。

近年来，已有学者尝试通过移动荷载引起的桥梁响应识别结构损伤。Yang等推导了移动荷载下桥梁动力响应的解析解，并根据控制频率的不同，将响应为移动荷载频率成分与桥梁自振频率成分。在此基础上，He等进一步推导分析了损伤引起的两种信号成分的改变后，指出移动荷载频率成分对损伤更为敏感。在分析了不同损伤程度导致位移影响线变化的特点，He等提出基于位移影响线的损伤定位及定量方法。以上成果表明了将该类方法应用于桥梁损伤识别具有良好的发展潜力，同时仍有不少问题亟待解决。例如，移动荷载频率成分与荷载移动速度以及桥梁动力特性均相关，随着车辆移动速度的加快，与损伤无关的动力效应将会大量地加入到移动荷载频率成分中，导致难以利用其准确识别损伤。控制检测车使其在桥上缓慢移动，虽可有效减少动力效应，却大幅延长了检测过程所需封闭交通的时间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种桥梁损伤定位方法及其定量方法，旨在从移动荷载引起的动响应中提取准静态成分，从而规避荷载移动速度对损伤识别的不利影响；并利用准静态成分更好地实现损伤定位和定量。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：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)；