[發(fā)明專利]基于監(jiān)測加速度的拉索時變索力歷程識別的數(shù)據(jù)驅(qū)動方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310714346.3
• 申請日: 2013-12-12
• 公開（公告）號: CN103698071A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李惠;李順龍;薩蒂什·納格拉哲;楊永超
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種土木工程結(jié)構(gòu)響應(yīng)辨識的方法，具體涉及一種基于監(jiān)測加速度的拉索時變索力歷程識別的數(shù)據(jù)驅(qū)動方法。

背景技術(shù)

斜拉橋由于其跨度大、造型美觀、施工方便等特點(diǎn)，是目前世界上應(yīng)用最廣泛的橋型。斜拉橋一般會成為一個地區(qū)的標(biāo)志性建筑，而且往往是一個地區(qū)的交通樞紐，對該地區(qū)的政治經(jīng)濟(jì)有著至關(guān)重要的影響。

斜拉索作為斜拉橋主要的承重構(gòu)件，由高強(qiáng)度鋼絲束和PE護(hù)套組成。斜拉索在長達(dá)幾十年使用期內(nèi)，環(huán)境侵蝕、材料老化和荷載的長期效應(yīng)、疲勞效應(yīng)與突變效應(yīng)等災(zāi)害因素的耦合作用下，將不可避免地導(dǎo)致結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的損傷積累和抗力衰減，從而抵抗自然災(zāi)害、甚至正常環(huán)境作用的能力下降，極端情況下將引發(fā)災(zāi)難性的突發(fā)事故。為保證橋梁結(jié)構(gòu)的正常運(yùn)營，最好的解決方法就是對斜拉索進(jìn)行定期的檢測維護(hù)，且需要依據(jù)檢測結(jié)果對其進(jìn)行安全評估。但是由于無損檢測方法(漏磁檢測、X射線檢測、超聲檢測、基于振動法的索力檢測等)的局限性，在斜拉橋?qū)嶋H運(yùn)營過程中，只有極小部分斜拉索都得到檢測。鑒于斜拉索病害的普遍性，以及斜拉索修復(fù)和更換的高昂費(fèi)用，為應(yīng)對斜拉索結(jié)構(gòu)運(yùn)營狀況下進(jìn)行腐蝕疲勞評估的需要，目前亟待認(rèn)識斜拉索結(jié)構(gòu)在服役全過程中的結(jié)構(gòu)索力歷程響應(yīng)。

目前存在的索力測試裝置有：壓力環(huán)、磁通量傳感器、光纖光柵智能拉索等，其中壓力環(huán)和光纖光柵智能拉索能夠直接測試索力歷程，廣泛的安裝和應(yīng)用于新建橋梁上。但是，這些索力監(jiān)測傳感器一般價格昂貴，安裝復(fù)雜(只能用于新建橋梁)，更主要的是傳感器的耐久性比較差，這些固有缺點(diǎn)限制了上述傳感器的大規(guī)模應(yīng)用。由于更換索力監(jiān)測傳感器耗時耗力，價格昂貴，因而亟需發(fā)展一種省時、省力、經(jīng)濟(jì)的實(shí)時索力歷程監(jiān)測方法。

發(fā)明內(nèi)容

基于以上不足之處，本發(fā)明提供一種基于多通道監(jiān)測加速度辨識時變拉索索力歷程的數(shù)據(jù)驅(qū)動方法，解決拉索時變索力歷程識別的問題。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種基于監(jiān)測加速度的拉索時變索力歷程識別的數(shù)據(jù)驅(qū)動方法，步驟如下：

步驟1：對待測試?yán)魍黄矫鎯?nèi)布設(shè)2-3個的加速度傳感器，測試斜拉索在環(huán)境激勵下的加速度響應(yīng)，并通過一個通道的10秒內(nèi)的加速度信號，辨識拉索基頻及該時間段內(nèi)能夠激勵起來的最高頻率，拉索的基頻用f₁表示，監(jiān)測加速度信號中能夠辨識的拉索的最高頻率用f_i表示，f_i≈i×f₁，其中，表示拉索在索力T作用下，第i階模態(tài)的圓頻率，μ為單位索長的密度，L為斜拉索長度為L；

步驟2：設(shè)計高通濾波器，截止頻率(i-1.5)f₁，將拉索的多通道加速度信號中出現(xiàn)的最高兩階頻率f_i和f_i-1提取出來；

步驟3：選擇3秒的窗函數(shù)，對窗函數(shù)內(nèi)的多通道加速度信號進(jìn)行濾波預(yù)處理，預(yù)處理后加速度信號通過復(fù)雜度尋蹤算法分離得到單模態(tài)響應(yīng)信號，通過快速傅里葉變換或功率譜計算單模態(tài)響應(yīng)信號的頻率，利用張緊弦理論，通過辨識的頻率計算拉索的時變索力；

步驟4：滑動窗函數(shù)，對窗函數(shù)內(nèi)的加速度信號重復(fù)步驟3，辨識拉索的時變索力歷程。

本發(fā)明還具有如下技術(shù)特征：

1、應(yīng)通過多通道加速度信號辨識拉索的時變頻率，進(jìn)而辨識拉索的時變索力歷程。

2、對多通道加速度信號進(jìn)行高通濾波預(yù)處理，提取拉索能夠被激勵起的最高的2階頻率。

3、利用復(fù)雜度尋蹤處理算法，將滑動窗內(nèi)多模態(tài)響應(yīng)分解為單模態(tài)響應(yīng)，頻率分辨率Δf≤0.025HZ的頻率分辨率準(zhǔn)確辨識單模態(tài)響應(yīng)的頻率，利用張緊弦理論計算時變索力歷程。

本發(fā)明基于成熟的加速度傳感器測試技術(shù)，相對于目前發(fā)展的其他類型的索力監(jiān)測傳感器，本發(fā)明采用的加速度傳感器成熟可靠，測試精度高，價格便宜，傳感器安裝以及更換都很方便，從而使得本發(fā)明提出的拉索時變索力歷程辨識系統(tǒng)具有極高的可靠性和耐久性。本發(fā)明監(jiān)測加速度信息，通過辨識時變頻率計算索力，方法簡單易用，索力辨識精度高，時效性強(qiáng)且能夠?qū)崿F(xiàn)在線實(shí)時辨識，本發(fā)明方法的魯棒性及可靠性強(qiáng)，尤其適用于拉索的在線評估。

附圖說明

圖1為Benchmark橋梁的智能拉索制作構(gòu)造和C8拉索位置簡圖；

圖2為Benchmark橋梁實(shí)測風(fēng)速和索力時程曲線圖(測試時間為2008年1月17日1:00-2:00AM，紅框內(nèi)為選擇的待辨識索力)；

圖3為Benchmark橋梁拉索加速度時程曲線圖(開始時間為2008年1月17日1:40AM)；