[发明专利]基于频域幅值谱相似性滤波技术的桥梁冲击系数提取方法

说明书

本发明公开了一种基于频域幅值谱相似性滤波技术的桥梁冲击系数提取方法，针对准静态分量受测试条件干扰程度低、冲击系数检测不需要信号实时处理等工程特点，通过综合比对多条动位移时程曲线的频域幅值谱结果，可根据多条曲线幅值谱之间的相似性特点，自适应的确定滤波截止频率，有效解决了常用于动静分离的低通滤波法截止频率估计困难的问题，提高了实测冲击系数的计算准确性。本发明不增加检测试验的工作量，数据处理不依赖于人工判读，降低了试验人员主观因素对检测结果的影响，同时低通滤波截止频率的确定考虑到实测信号自身的特点，降低了由于滤波器设计偏差对试验结果的干扰，改善了目前试验因素影响冲击系数检测评定结果的技术现状。

技术领域

本发明涉及一种冲击系数提取方法，具体涉及一种桥梁动力荷载试验检测中，基于桥梁动位移实测数据，用于桥梁冲击系数计算的试验数据处理方法。

背景技术

冲击系数是反映桥梁动力响应特性的重要指标，是桥梁设计中的重要参数。由冲击系数在各国规范中的发展历程可知，冲击系数的设计值是一个半经验半理论的取值，对冲击系数设计值的研究离不开现场试验数据的支持。同时，随着对桥梁检测与状态评估工作的重要性认识的逐渐提高，实测既有桥梁的冲击系数来评定桥梁的动力状态，已成为桥梁工作者的一项重要工作。因此，对冲击系数的实测检验方法进一步研究具有理论与实际的双重意义。

我国的桥梁设计规范(JTG D60-2015)中，冲击系数定义为：在汽车通过桥梁的效应时间曲线上，由最大静效应位置处，量测得到的最大动效应与最大静效应的比值。在工程应用中，冲击系数的测量多基于动位移测试数据，所以在时间-位移曲线上精确地获取最大动、静位移是计算实测冲击系数的关键。其中，最大动位移的获取较为容易，只需在曲线上量取位移最大值；但是，最大静位移是动位移曲线中的隐含信息，需要对实测动位移数据进行分析处理，实现动、静位移分量分离后才能够获得。

公路桥梁荷载试验规程(JTG/T J21-01-2015)中提供了一种通过直接的波峰-波谷平均法在位移时程曲线上计算最大静位移的方法。此方法对理想信号具有较好效果，也是目前普遍采用的实测冲击系数计算方法。但在实际操作中，由于噪声等其他不确定因素的干扰，实测时程曲线往往不存在完美的明显峰值和谷值，计算波峰、波谷的选择可能因人而异，导致无法做到对所有桥梁的稳定客观评价。

铁路桥梁检定规范(铁运函[2004]120号)中提供了一种通过车辆低速通过桥梁的跑车试验来获得准静态的试验方法。但此方法一方面需要进行额外的跑车试验，增加试验工作量；另一方面，Szurgott等人的研究表明，对于某些形式的桥梁，如跨径较大的混凝土梁桥，由于结构阻尼引起的变形滞后性，在相同车辆荷载作用下，高速跑车试验位移时程曲线中的准静态分量可能小于低速跑车试验获得的准静态位移曲线，导致以此方法测得的冲击系数偏小，甚至出现负值冲击系数，不符合实际情况。

除去上述两种规范推荐方法，研究者们也从不同角度对实测冲击系数的计算方法进行研究。王永平等人利用Taylor级数对动位移曲线中的静态趋势项进行逼近。李伟钊等人采用低通滤波法进行动静分离，根据桥梁的动响应数据确定滤波器截止频率。于明策同样采用低通滤波法进行动静分离，但采用了逐步试算法确定截止频率。

综合目前的研究成果，低通滤波法是改进实测冲击系数计算方法的一个可行途径，在公路桥梁荷载试验规程中也建议，在条件允许的情况下可考虑采用低通滤波的方法进行时程曲线中动静位移分离。但公路桥梁荷载试验规程中并未给出具体的滤波方法设计指标，而低通滤波法的滤波结果会由于滤波器类型和截止频率选择的影响，导致滤波结果的不确定性，目前的研究多集中于截止频率的确定方法，但尚未有被广泛接受的滤波器设计方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于频域幅值谱相似性滤波技术的桥梁冲击系数提取方法，以实现实测动位移信号的动、静分量分离，用于桥梁实测冲击系数的计算。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：