[发明专利]一种基于手机的中小跨径梁桥健康状况快速评价方法

说明书

本发明专利属于桥梁结构健康监测技术领域，尤其涉及一种基于手机的中小跨径梁桥健康状况快速评价方法。流程包括桥梁常规巡检数据采集、基准测试、基于手机的快速测试和生存分析四个步骤。采集桥梁常规巡检数据建立桥梁生存分析数据库，利用有限元计算频率和专业设备测得桥梁自振频率，对比校准后得到的桥梁自振频率作为基准频率。对手机测试时程数据进行短时傅里叶变换，得到若干显著频率区间，以基准频率所在亮区作为频率置信区间。用手机进行快速测试，取落在频率置信区间内的亮区的中间值作为本次测试频率，并定义频率比为测试频率/基准频率。最后对频率比进行生存分析，评估桥梁上部结构技术状况，为该桥养护维修及加固提供技术依据。

技术领域

本发明涉及桥梁监测技术领域，尤其涉及一种基于手机的中小跨径梁桥健康状况快速评价方法。

背景技术

桥梁作为交通系统的主要组成部分，在人类文明发展中起到了重要作用。随着现代科技的不断发展以及交通运输量的增加，桥梁的越来越多出现在人们视野中，在交通、军事和社会生活方面起到了重要的战略意义。但是桥梁在使用的过程中，会受到人、车、环境、有害物质、荷载等因素作用，以及材料自身性能的不断退化，导致结构各部分在远没有达到设计年限前就产生不同程度的损伤和劣化。这些损伤如果不能及时得到检测和维修轻则影响行车安全和缩短桥梁使用寿命，重则导致桥梁突然破坏和倒塌。

但是，国内外对桥梁结构长期健康监测的对象大都针对特大型、大型桥梁以及造型独特、地位重要的中小跨桥梁，对于基数众多的普通中小跨径桥梁健康监测很少有做研究。当前对于中小型桥梁的监测措施，主要是根据每年的养护要求规范定期的目视检测评定。然而，技术受限、检测耗时长、人工成本高、检测时带来的交通问题，使得每年都要花费大量的人力物力对中小桥梁进行健康检测。为此，开发一种可应用于中小跨径梁桥健康状况快速评价方法迫在眉睫。

自振频率是桥梁的固有特性，由桥墩系统的刚度和质量决定，对于既有桥梁结构由于质量分布在运营过程中基本不会发生变化，因此在桥梁动力特性评价中根据桥梁的实测自振频率与基准频率的比值，通过单因素(自振频率)生存分析来评价梁桥上部结构的使用性能，进而给桥梁的养护维修与加固提供建议。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种基于手机的中小跨径梁桥健康状况快速评价方法。测定梁桥的自振频率流程依次包括梁桥常规巡检数据收集、基准测试和基于手机的快速测试。所述梁桥常规巡检数据收集的目的是建立中小跨径桥梁的单因素(自振频率)生存分析曲线数据库。所述基准测试分为三部分，即有限元计算频率、专业测试设备采集稳态自由振动数据、手机采集时程数据。所述基于手机的快速测试是通过选取不同的监测点对梁桥各部位进行自振频率的快速测试，将实测自振频率与基准频率的比值通过对照数据库的生存分析曲线，得出桥梁的健康状况。在选取的监测点数量较多的情况下，保证了监测准确性的同时，也降低了监测成本、减少了监测时对行车环境的影响，带来了较高的长期社会效益。

本发明专利采用的技术方案为：

一种基于手机的中小跨径梁桥健康状况快速评价方法，包括梁桥常规巡检数据收集、基准测试和基于手机的快速测试；所述梁桥常规巡检数据收集是采用智能手机快速采集中小跨径桥梁振动特征和数据预处理，将异常数据剔除，降低人为因素引起的误差，以此建立可信度高的数据库；所述基准测试是采用有限元计算、专业测试设备采集稳态自由振动数据、手机采集时程数据三个技术手段。首先根据有限元计算频率和专业测试设备所得桥梁自振频率进行对比，校准，所得桥梁自振频率作为基准频率。将手机测试数据进行短时傅里叶变换，可得时间-频率图，并得到若干显著频率区间，以基准频率所在亮区的上下限，扩展10％作为频率置信区间。

所述基于手机的快速测试是采用手机进行测试，得到桥梁的时程数据，对时程数据进行短时傅里叶变换，可得新的时间-频率图，取落在频率置信区间内的亮区，以其中间值作为本次测试频率，并定义频率比为测试频率/基准频率。最后，将频率比作为研究因素引入到桥梁上部结构生存分析模型中，绘制各个频率比等级下的桥梁上部结构生存曲线。