[发明专利]一种具有抗噪性的中小桥梁冲击振动测试与分析方法

说明书

本发明公布了一种具有抗噪性的中小桥梁冲击振动测试与分析方法。首先利用采集的受到噪声干扰的冲击力和结构的加速度响应计算结构的脉冲响应函数矩阵，然后利用位移振型的正交性构造增强的脉冲响应函数并通过Cadzow算法对其进行去噪处理，最后利用改进的Prony方法识别出结构的基本模态参数和柔度矩阵。本发明方法构造的增强脉冲响应函数在模态参数识别过程中具有独特的优势，它在空间域上将多维的脉冲响应函数降维为单自由度脉冲响应函数，在时间域上将多模态的脉冲响应函数降阶为单模态脉冲响应函数，实现了将多自由度的多模态耦合的复杂问题转化为单自由度单模态脉冲响应函数进行模态参数识别的简单问题。

技术领域

本发明涉及一种具有抗噪性的中小桥梁冲击振动测试与分析方法。可实现中小桥梁的变形预测和承载能力评估。

背景技术

我国土木基础设施数量庞大造价昂贵，其安全服役关系国计民生。但是由于环境侵蚀、日常服役荷载等原因工程结构性能逐渐发生退化。近年来国内外桥梁坍塌事故频繁发生，造成了重大经济损失和人员伤亡。维护和管理规模庞大的基础设施并保障其安全运营是国内外关注的共同课题。大量的科学研究和工程实践表明，基于检测技术和结构健康监测技术的桥梁状态评定是发现早期损伤和进行性能评估的主要手段。其中，基于检测技术的桥梁评估方法主要以人工为主，耗费大量的人力和财力；基于先进传感器技术的结构健康监测技术在近几十年快速发展并被广泛应用，它在保障桥梁安全和全寿命周期管理方面被寄予厚望。目前，国内外众多长大跨桥梁已安装了各类结构健康监测系统，它们在应对突发事件如船撞、台风、地震等方面发挥了积极作用。但是，现有健康监测技术中广泛采用的环境振动测试一般仅输出结构的基本模态参数，如固有频率、阻尼比以及未缩放位移振型等，业内普遍认为还无法真正实现结构的“健康”监测。另一方面，现有健康监测系统所使用的传感器种类繁多、费用昂贵，还无法广泛应用于维护费用极其有限的广大中小桥梁的安全评估。与传统的环境振动测试相比，冲击振动测试同时采集结构输入冲击力和输出响应，能够获得更加完备的结构信息，因此有望成为桥梁测试与评估的有效手段。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种具有抗噪性的中小桥梁冲击振动测试与分析方法。

为了达到上述目的，本发明采用的方法是：一种具有抗噪性的中小桥梁冲击振动测试与分析方法，包括以下步骤：

步骤一、通过冲击振动测试采集结构的输入荷载和加速度响应；

步骤二、利用输入和输出数据计算结构的脉冲响应函数(IRF)和位移振型；

步骤三、利用位移振型的正交性对脉冲响应函数矩阵进行加权得到增强的脉冲响应函数(EIRF)；

步骤四、利用改进的Cadzow算法对增强脉冲响应函数进行滤波去噪处理；

步骤五、基于滤波得到的增强脉冲响应信号利用扩展的Prony算法识别结构的模态参数，包括固有频率、阻尼比、模态缩放系数；

步骤六、利用以上得到的模态参数(位移振型、固有频率、阻尼比、模态缩放系数)重构结构的频响函数矩阵，并令频率ω＝0得到结构的柔度矩阵；

所述步骤三中构造的增强脉冲响应函数的方法是：利用结构位移振型的正交性对多自由度多模态的脉冲响应函数矩阵进行加强，得到各个模态的阶次的单自由度单模态的增强脉冲响应函数，实现了模态解耦。

所述步骤四中改进的Cadzow算法是：利用结构目标秩逼近和矩阵的反次对角平均进行迭代，直至得到满足收敛要求。

所述步骤五中扩展的Prony算法是：利用增强的脉冲响应函数中只含有某一阶的模态参数，计算结构的模态参数(固有频率、阻尼比、模态缩放系数)。

有益效果：