[發明專利]懸索橋及拱橋吊桿定期檢測的損傷定位系統及其方法

有效

• 申請號: 201410141040.8
• 申請日: 2014-04-04
• 公開（公告）號: CN103911958A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 安永輝;歐進萍
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: E01D22/00
• 分類號: E01D22/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 趙連明

技術領域

本發明屬于基于振動的結構損傷檢測技術領域，涉及到懸索橋和拱橋等結構中的吊桿的損傷定位，具體地說是發明了吊桿定期檢測的損傷定位系統及其方法。

背景技術

基于振動的結構損傷檢測技術通過對安裝在結構上的傳感器測得的振動響應信號采用某種算法進行分析來發現、定位、甚至定量損傷，具有快速檢測、節省人力等優點；受到了廣泛關注并取得了很大進展，

懸索橋和拱橋是土木工程結構中大跨度橋梁的兩個主要橋型，這兩類結構均投資巨大，并且是整個路網系統中的關鍵組成部分，常常是小范圍內的唯一通行途徑；因此，保證其安全服役非常重要。研究表明，吊桿常服役于惡劣的自然環境和高應力下工作，是懸索橋和拱橋結構受力體系中最關鍵也是最容易發生損傷的部分。及時識別出吊桿的早期損傷對大跨度橋梁的整體安全、及時維修和節約維修成本等有重要意義。一般來說，吊桿的損傷是長期逐步累積而形成的，所以定期檢測即可滿足結構安全性的需要；發現損傷后可及時維修或更換吊桿以避免災難的發生。

發展懸索橋和拱橋等結構中吊桿的損傷檢測系統有重要意義；然而，懸索橋和拱橋這些大跨橋梁結構中基于振動信息的吊桿的損傷檢測還面臨著受噪聲干擾大、對結構數值模型精確度有較大依賴等挑戰；這兩個挑戰直接影響著吊桿損傷定位結果的可靠性。

發明內容

為了及時掌握大型懸索橋和拱橋結構中吊桿的服役狀態和損傷分布，發明了懸索橋及拱橋吊桿定期檢測的損傷定位系統及其方法(如圖1和圖2)，其特征在于該系統由激勵模塊、據采集模塊、數據分析模塊、決策模塊組成；

其中激勵模塊為將一個無線加速度傳感器依次安裝在每根吊桿的測點上，用力錘逐個激勵每根吊桿的測點并通過力錘端部的力傳感器記錄下脈沖激勵的幅值；

數據采集模塊分別采集來自力傳感器的激勵信號和來自吊桿測點的無線加速度傳感器發送的加速度信號，對每根吊桿依次采集，并存儲在計算機中；

數據分析模塊針對收集到的所有吊桿的激勵信號和加速度信號采用提出的吊桿的兩種損傷定位方法進行計算并給出損傷定位結果；

決策模塊顯示是否有損傷吊桿以及損傷吊桿的編號，若無損傷吊桿，則說明所有吊桿都是安全的；若有損傷吊桿，再使用物理無損檢測等局部檢測方法對損傷的吊桿進行檢測，然后根據吊桿損傷的嚴重性做出維修或更換吊桿的決策。

四個模塊之間為先后順序的關系：首先激勵吊桿；然后采集激勵信號和加速度振動響應信號；再將所有這些采集到的信號傳送到數據分析模塊中由提出的兩種損傷定位方法模塊進行計算；計算結果可顯示是否有損傷吊桿以及損傷吊桿的編號；最后在決策模塊中再次基于物理檢測工具和方法對已經找到的有損傷的吊桿進行損傷程度評估并采取最終決策。本發明結合了整體法和局部法對吊桿進行檢測。

懸索橋及拱橋吊桿定期檢測的第一種損傷定位方法包括如下步驟：

步驟一、測點和激勵點布置：在待檢測的每根吊桿上布置一個固定的測點和一個固定的激勵點；

步驟二、獲得加速度響應：在每根吊桿的激勵點用力錘以與吊桿索面垂直方向激勵該吊桿，同時力錘端部的力傳感器記錄下激勵幅值，并傳輸到計算機的數據采集模塊中；數據采集模塊分別基于損傷前的結構和未知狀態的結構獲得所有測點上與激勵方向相同方向的加速度；將不同脈沖激勵幅值下得到的加速度信號對激勵幅值進行歸一化，得到單位激勵幅值(1N)下的加速度響應；

步驟三、計算各測點加速度響應的修正對數加速度能量：吊桿k上測點的加速度時間序列(信號a^k)的各散點為則加速度信號a^k的修正對數加速度能量MLAE為