[发明专利]一种基于车桥信号互相关性的桥梁结构损伤定位方法

说明书

本发明公开了一种基于车桥信号互相关性的桥梁结构损伤定位方法，步骤如下：在桥梁上任一位置布置一个竖向加速度传感器；在车辆上安装一个竖向加速度传感器，并使车辆匀速通过桥梁；分别收集车辆驶过桥梁过程中桥梁的加速度信号a_b(i)和车辆的加速度信号a_v(i)；定义一个长度为L的时间窗，同步分别截取所得加速度信号；定义指示桥梁损伤位置的车桥信号互相关性损伤指标COR(i)；移动时间窗，得到窗口化COR(i)的时间序列，并根据COR(i)曲线的突变位置确定车辆经过桥梁损伤位置的时间点；计算得到桥梁的损伤位置。该方法为数据驱动方法，无需桥梁健康状态下的基准数据和结构有限元模型，仅利用两个传感器即可实现桥梁损伤定位，操作简单、降低成本。

技术领域

本发明涉及结构安全监测技术领域，具体涉及一种基于车桥信号互相关性的桥梁结构损伤定位方法。

背景技术

当前桥梁结构损伤检测存在着监测点过多，结构健康数据缺失的问题。现行的桥梁结构损伤检测系统中，通常在桥梁结构上安装大量传感器收集信号，并通过对比实时与健康状态下的信号特征以检测桥梁健康状况。一方面，大量传感器设备的安装与维护费用会大幅度增加工程成本；另一方面，多数运营时间较长的桥梁缺失初始健康状态下的基准数据。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出一种基于车桥信号互相关性的桥梁结构损伤定位方法。此方法基于数据驱动原理，无需桥梁健康状态下的基准数据，仅利用车辆上的单个移动传感器和桥梁上的一个传感器的所测数据，即可实现桥梁损伤定位。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于车桥信号互相关性的桥梁结构损伤定位方法，包括下列步骤：

S1、在待测桥梁上任一位置布置一个测量竖向加速度的加速度传感器；

S2、在车辆上安装一个测量方向为竖直方向的加速度传感器，并行驶该车辆匀速通过待测桥梁；

S3、分别收集车辆驶过桥梁过程中桥梁的加速度信号a_b(i)和车辆的加速度信号a_v(i)，其中i＝1,2,…，N，N为采样点长度；

S4、定义一个长度为L的时间窗，同步分别截取桥梁和车辆的加速度信号，得到窗内信号a_bL(n)和a_vL(n)，其中n＝1,2,,…L；

S5、定义指示桥梁损伤位置的车桥信号互相关性损伤指标COR(i)：

COR(i)＝max{R_vb(i)}

其中，R_vb(i)为车辆与桥梁的第i对时间窗信号的互相关序列，i＝1,2,…,N-L+1；

S6、移动时间窗，移动步长为一个采样间隔，得到窗口化损伤指标COR(i)的时间序列，并根据COR(i)曲线的突变位置确定车辆经过桥梁损伤位置的时间点；

S7、将确定的损伤时间点乘以车辆的移动速度，计算得到桥梁的损伤位置，利用此机理实现桥梁结构损伤定位。

进一步地，根据香浓采样定理，所述时间窗的长度L的确定方式如下：

其中，f_s为信号采样频率，f₁为待测桥梁加速度的基频，该基频从所测信号的快速傅里叶变换后的频谱图中得到。

进一步地，所述步骤S5中，车辆与桥梁的第i对时间窗信号的互相关序列R_vb(i)确定方式如下：

其中，τ为延迟时间，i＝1,2,…,N-L+1。