[发明专利]一种桥梁损伤快速检测方法

说明书

本发明公开一种桥梁快速损伤检测方法，移动车辆经过桥梁损伤区域会导致部分在桥梁无载情况下闭合的混凝土局部裂缝在短时间内开启，裂缝的开合引起结构刚度的改变，表现在短时间内桥梁频率的变化。可以通过移动车辆激励前后桥梁响应频率的相对变化判断桥梁状态，通过车辆合理选型和选取短时间内车辆上桥前环境振动，上桥后车桥耦合振动和下桥后桥梁余振三段信号分析，规避了车辆、温度和边界条件等因素对损伤检测所需频率的影响。该方法不需要基准先验数据，对测点位置不敏感，能有效识别损伤。具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于土木工程应用技术领域，特别是涉及一种基于移动车辆激励前后结构频率变化的桥梁快速损伤检测方法。

背景技术

基于桥梁动力特性的桥梁损伤快速检测因其非破坏性、经济性和便捷性被广泛研究。相关方法通常是基于由损伤引起的如固有频率、模态振型和阻尼比等结构模态参数的改变。其中基于模态振型的方法需要较多的测点，测试过程较为繁琐，且由于测试信息不完备和测试噪声等因素导致测试精度较固有频率低。基于阻尼比的方法同样存在测试精度低和对环境因素敏感等问题。相比之下，基于结构固有频率的损伤检测方法测试精度较高，易于测试，理论上使用任一传感器在结构任意可接近点均能测得固有频率。

基于固有频率的损伤检测方法为结构损伤识别以及更进一步的损伤定位和定量提供了多种途径。但这些方法还面临着一些共性的挑战。首先是环境噪声的影响以及基于移动车辆激励损伤检测方法中路面不平顺的影响，理论清晰的解析方法往往难以考虑这一问题，少量数值模拟中引入概率统计的方法或结合神经网络来解决噪声问题，试验研究极少考虑噪声和路面不平顺影响且多采用损伤相对明确且信噪比高的金属试件，对实际中如应用到损伤混凝土梁检测的有效性还有待验证。其次是受温度、边界条件改变等环境因素影响较大。环境因素和运营条件经常会引起桥梁近10％的频率变化。最后是依赖完好结构模型或完好结构特征数据，上述绝大多数方法尤其是损伤的定位和定量都需要准确的先验数据，基于神经网络等优化方法的损伤识别则需要大量的先验训练数据，这在实际应用中显然有诸多不便。而少量不需要先验数据的损伤检测方法又往往是基于信号或其衍生特征指标的奇异性，如采用小波变换等方法从特征频率曲线中提取突变值，这类方法又极易受到环境噪声和路面不平顺的影响。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于移动车辆激励前后结构频率变化的桥梁快速损伤检测方法，规避了车辆、温度和边界条件等因素对损伤检测所需频率的影响。该方法不需要基准先验数据，对测点位置不敏感，能有效识别损伤。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种桥梁快速损伤检测方法，基于移动车辆激励前后结构频率的变化，包括以下步骤：

步骤一：确定检测桥梁的前n阶固有频率j为阶次，j＝1,2...n；对于具有基准有限元模型的桥梁通过数值模拟计算，没有基准有限元模型的桥梁通过一个测点的动态数据得到所需的前n阶固有频率；

步骤二：确定测试所用车辆参数；

步骤三：通过调整测试车辆载重重量，使车辆与桥梁在某阶固有频率达到近似共振，即车辆的第b阶固有频率与桥梁第m阶固有频率相等；

步骤四：在桥梁上与第m阶固有频率振型节点的位置不相同的位置布置加速度传感器；

步骤五：开始测试，车辆位于引桥段，采集车辆进入主桥前T1时间段内桥梁振动信号，T1时间段数据为环境激励下桥梁动力响应；

步骤六：通过光电传感器或桥梁加速度信号突变值判断车辆上桥和下桥状态，采集车辆在主桥内行驶T2时间段内桥梁振动信号，T2时间段数据为车桥耦合作用下桥梁动力响应；

步骤七：采集车辆下桥后T3时间段内桥梁振动信号，T3时间段数据为桥梁余振动力响应；