[發(fā)明專利]一種用于橋梁安全檢查的移動(dòng)荷載定位方法

無(wú)效

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• 申請(qǐng)日: 2010-12-02
• 公開（公告）號(hào): CN102080955A
• 公開（公告）日: 2011-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 畢寧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B21/00
• 分類號(hào): G01B21/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 禹小明;邱奕才

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及橋梁健康檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于橋梁安全檢查的移動(dòng)荷載定位方法。

技術(shù)背景

近幾年來(lái)，不斷發(fā)生的橋梁坍塌事件，已由偶發(fā)事件演變成常態(tài)事件，引起了各國(guó)的高度重視?？焖?、方便的橋梁安全性檢查，對(duì)不斷惡化的橋梁發(fā)出前期預(yù)警顯得極為重要。

橋梁的安全性檢查包括：橋梁外觀破損檢查、橋梁結(jié)構(gòu)和材料檢測(cè)以及橋梁荷載試驗(yàn)，而橋梁荷載試驗(yàn)又包括靜荷載試驗(yàn)和動(dòng)荷載試驗(yàn)。橋梁的正常運(yùn)營(yíng)是要能承受各種大小移動(dòng)荷載的動(dòng)力沖擊，因此，橋梁的動(dòng)荷載試驗(yàn)才真正反映橋梁的健康狀況。

移動(dòng)荷載對(duì)橋梁各部位的動(dòng)力沖擊是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程。溫度、濕度、大地脈動(dòng)等都會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)參數(shù)產(chǎn)生影響，但移動(dòng)荷載的質(zhì)量、移動(dòng)速度、頻率等對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力參數(shù)影響最大。所以，要想從振動(dòng)響應(yīng)的時(shí)程曲線中正確分析橋梁結(jié)構(gòu)的各種動(dòng)力參數(shù)，移動(dòng)荷載在時(shí)程曲線中的位置變化是必不可少的。

有許多辦法可以確定移動(dòng)荷載的位置，比如：①通過(guò)激光儀（或攝像機(jī)）與數(shù)據(jù)采集儀的連接，確定移動(dòng)荷載在時(shí)程曲線中的入橋和出橋的時(shí)刻，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)荷載的定位；②通過(guò)正確的橋梁跨中動(dòng)撓度曲線，實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)荷載的正確定位，等等。但是，現(xiàn)有的方法或者設(shè)備笨重、價(jià)格昂貴；或者動(dòng)撓度曲線難以精確刻畫造成定位的誤差較大，而且動(dòng)撓度曲線的獲得也是非常困難的。

本質(zhì)上，豎向速度響應(yīng)的積分為幅度響應(yīng)。由于實(shí)際采集信號(hào)不可避免存在大量干擾，尤其是橋梁振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)屬于高噪聲、高干擾信號(hào)，這已是不爭(zhēng)的事實(shí)。直接在時(shí)域上進(jìn)行積分，事實(shí)證明無(wú)法得到幅度響應(yīng)信息，更得不到動(dòng)撓度信息。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種豎向速度響應(yīng)中移動(dòng)荷載的定位方法，無(wú)需額外增加采集設(shè)備，只是利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行快速計(jì)算即可。

為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，采用如下的技術(shù)方案：

一種用于橋梁安全檢查的移動(dòng)荷載定位方法，包括以下步驟：

(1)橋梁跨中放置豎向速度傳感器；

(2)移動(dòng)荷載通過(guò)橋梁時(shí)，傳感器記錄其跨中豎向加速度響應(yīng)時(shí)程信號(hào)x(t)；

(3)通過(guò)傅里葉變換將信號(hào)x(t)對(duì)應(yīng)到頻率域空間中，記為????????????????????????????????????????????????；

(4)選擇權(quán)函數(shù)，對(duì)進(jìn)行加權(quán)，記為；

(5)對(duì)進(jìn)行傅里葉逆變換，將信號(hào)返回時(shí)域空間，記為；

(6)信號(hào)中移動(dòng)荷載在跨中時(shí)刻的確定。

上述方案中，所述的傅里葉變換

，

其中，時(shí)程信號(hào)為。

步驟(3)將傳感器采集的時(shí)域上的豎向速度響應(yīng)信息對(duì)應(yīng)到頻率域空間中，讓時(shí)域上的積分處理過(guò)程在頻率域空間中完成。

上述方案中，所述的權(quán)函數(shù)由傳感器參數(shù)所提供的傳感器低頻損失曲線參數(shù)，權(quán)函數(shù)

，

其中和分別為下限截止頻率和上限截止頻率。

上述方案中，所述的下限截止頻率，所述的上限截止頻率，這兩個(gè)數(shù)據(jù)是在實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)中得到的。

上述方案中，所述的加權(quán)

其中為頻率分辨率，（和分別為信號(hào)的采樣頻率和信號(hào)長(zhǎng)度）。

上述方案中，所述的傅里葉逆變換

。

步驟(4)和步驟(5)將時(shí)域信號(hào)的積分和濾波過(guò)程在頻率域空間中完成。其中，權(quán)函數(shù)的作用：濾掉下限截止頻率以下和上限截止頻率以上的頻率信息，目前的傳感器無(wú)法檢測(cè)到以下的頻率信息的，而繞度信息通常不會(huì)超過(guò)1Hz，所以反映繞度的信息集中在和之間；時(shí)域上的積分過(guò)程同時(shí)也與頻率域上的加權(quán)求和一一對(duì)應(yīng)。

上述方案中，所述的跨中時(shí)刻，

其中，為信號(hào)的采樣頻率。

步驟(6)將在頻率域空間中處理完成的信息返回到時(shí)域空間中，成為幅度響應(yīng)信息，采用通常的濾波就可以得到動(dòng)撓度信息。幅度的最大位置即為移動(dòng)荷載在跨中的位置，通過(guò)移動(dòng)荷載在跨中位置和移動(dòng)荷載的移動(dòng)速度，容易推算移動(dòng)荷載在信號(hào)中的位置。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明由于是在既有的橋梁跨中豎向速度響應(yīng)時(shí)程信號(hào)上進(jìn)行加工處理得到移動(dòng)荷載的位置信息，所以無(wú)需添置新的專用設(shè)備用來(lái)確定移動(dòng)荷載的位移信息，使得橋梁檢測(cè)成本下降，橋梁動(dòng)力響應(yīng)參數(shù)的處理更加簡(jiǎn)單明了；

(2)本發(fā)明由于簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)采集設(shè)備，加快了數(shù)據(jù)處理周期，結(jié)合目前的適合短時(shí)間、非平穩(wěn)非線性信號(hào)處理的HHT方法，使得橋梁承載能力的快速評(píng)定成為可能。

附圖說(shuō)明