[发明专利]一种利用测试车基于同步理论识别桥梁结构损伤的方法

说明书

本发明属于桥梁结构损伤识别技术领域，具体涉及一种利用测试车基于同步理论识别桥梁结构损伤的方法，包括以下步骤：步骤一、在一辆测试车两个轴中间上装两个传感器，该测试车可为现行的各类交通车辆或自行设计的车辆；步骤二、测试车匀速通过待测试桥梁，并同步采集前后轴加速度响应信号，直至测试车完全驶离桥梁；步骤三、对得到的信号滤波得到第n阶的振型分量响应信号；步骤四、通过将测试车前后轴加速度信号按照同步理论需要的测点值先采用聚类方法进行聚类；步骤五、将聚类得到的测点值按照同步理论进行计算得到所需要的振型模态；步骤六、对所得桥梁第n阶频率及模态，采用改进的直接刚度法进行刚度反演，以识别各单元节点的截面弯曲刚度。

技术领域

本发明属于桥梁结构损伤识别技术领域，具体涉及一种利用测试车基于同步理论识别桥梁结构损伤的方法。

背景技术

我国的桥梁建设发展历史悠久，其建造材料、建设手段、应用场景都随着华夏历史文明前行的脚步日臻成熟和完善，在享受桥梁建设布局的大范围扩张带来的便利与经济增长的同时，同样需要关注到与日俱增的在役“老龄化”桥梁带来的桥梁结构安全隐患。桥梁快速健康检测、损伤状况评估以及后续加固方案设计一体化成为学者专家的研究热点，桥梁健康检测与评估系统具备相当大的理论研究与技术开发的空间。基于在桥梁动力效应分析中的振动信号是否能够识别，可以将激励来源分为环境激励源和人工激励源，环境激励下的时频域模态识别方法，其中关键在于输出信号的识别与收集，以往的桥梁健康监测均需要布设大量的传感器在桥梁结构上来获取运营桥梁结构的响应数据，该方法被称作直接量测法。该方法具有简易直接、测量精度高等优势，同时经过多年的研究，出现了许多的模态识别方法：频域分解法、随机子空间方法、希尔伯特－黄变换法、时间序列法、基于盲源分离理论的模态识别方法和基于贝叶斯理论的模态分析方法等等。使用模态识别方法来推断结构的安全状态，无需中断结构的正常使用过程，这使得在正常使用状态过程中对土木工程结构进行状态评估成为了可能，具有很好的研究意义和工程价值。

然而，直接量测法也仍有诸多不足：如测试周期冗长、经济、人力成本高、阻断交通等。同时现有传统的模态识别方法也具备如下缺点：频域分解法在理论研究方面不够完善，且阻尼识别需进行反傅立叶变换，在时域内通过指数衰减法来实现，受截断误差的影响，精度不高，随机子空间方法随机子空间算法计算速度慢，耗时长，对硬件要求比较高，不具备简洁的显示表达式。希尔伯特－黄变换法需要复杂的递回，运算时间反而比短时距傅立叶变换要长，无法使用快速傅立叶变换，只有在特例(组合较简单的资料)时使用希尔伯特-黄转换较快，且不具备简洁的显示表达式。时间序列法和盲源分离也存在运算时间较长，不具备一个简洁的显示表达式。

综上可知，现行的结构模态识别方法大多存在效率较低，适用范围小，且不具备一个与模态相关的简洁的显示表达式的严重问题，模态识别的问题严重阻碍了桥梁结构损伤识别的效率和精度。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明提出一种利用测试车基于同步理论识别桥梁结构损伤的方法，本方法能够极大地减少信号采样点数，并需要少量传感器便可获得桥梁的模态，同时采用测试车运动采集的方式便能获得桥梁模态，提高了桥梁模态识别效率，从而明显提高桥梁结构损伤识别的效率和精度。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种利用测试车基于同步理论识别桥梁结构损伤的方法，包括以下步骤：

步骤一、在一辆测试车两个轴中间上装两个传感器，该测试车可为现行的各类交通车辆或自行设计的车辆；

步骤二、测试车匀速通过待测试桥梁，并同步采集加速度响应信号，直至测试车完全驶离桥梁；

步骤三、对得到的信号滤波得到某n阶的振型分量响应信号；

步骤四、通过将测试车前后轮加速度信号按照同步理论需要的测点值先采用聚类方法进行聚类。

步骤五、将聚类得到的测点值按照同步理论进行计算得到所需要的振型模态。