[發(fā)明專(zhuān)利]一種應(yīng)變動(dòng)力系數(shù)的測(cè)定方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610147714.4
• 申請(qǐng)日: 2016-03-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105550534B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁幼亮;趙瀚瑋;王高新;李?lèi)?ài)群;岳青;吳來(lái)義
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F19/00
• 分類(lèi)號(hào): G06F19/00
• 代理公司: 南京瑞弘專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)32249
• 代理人: 朱亮淞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種應(yīng)變動(dòng)力系數(shù)的測(cè)定方法，具體來(lái)說(shuō)，涉及一種基于測(cè)量的動(dòng)應(yīng)變樣本確定結(jié)構(gòu)局部動(dòng)力系數(shù)的測(cè)定方法。

背景技術(shù)

在橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、維護(hù)、安全評(píng)估與加固過(guò)程中，通常采用所謂“動(dòng)力系數(shù)”來(lái)表征列車(chē)作用下橋梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)的劇烈程度。其定義為：列車(chē)運(yùn)行對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)反應(yīng)(動(dòng)態(tài)撓度或應(yīng)力)對(duì)靜態(tài)反應(yīng)(靜態(tài)撓度或應(yīng)力)之比。如果動(dòng)力系數(shù)使用不當(dāng)將極大地影響橋梁建造與維護(hù)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。動(dòng)力系數(shù)一般由橋梁主結(jié)構(gòu)在列車(chē)載荷作用下的總體動(dòng)力響應(yīng)導(dǎo)出，而橋梁之上一些構(gòu)件所受到的局部振動(dòng)沖擊作用不容忽視，由振動(dòng)引起橋梁結(jié)構(gòu)局部應(yīng)力需要精確標(biāo)定。在橋梁應(yīng)力測(cè)量過(guò)程中，所獲得的通常只有局部的動(dòng)應(yīng)變時(shí)程樣本。因此，通過(guò)信號(hào)處理手段從動(dòng)應(yīng)變樣本中提取靜應(yīng)變時(shí)程，并最終標(biāo)定動(dòng)力系數(shù)值的測(cè)定方法研究，具有十分重要的意義。

目前，各土木、建筑領(lǐng)域?qū)趧?dòng)應(yīng)變采集樣本測(cè)定應(yīng)變動(dòng)力系數(shù)的手段，共有以下幾種方法：(1)經(jīng)驗(yàn)識(shí)別法：基于采集的動(dòng)應(yīng)變樣本，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)確定結(jié)構(gòu)局部位置靜應(yīng)變時(shí)程，以采集樣本的動(dòng)應(yīng)變峰值除以經(jīng)驗(yàn)所得的靜應(yīng)變峰值來(lái)確定動(dòng)力系數(shù)，此方法需要從業(yè)者有較豐富的經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)，準(zhǔn)確性較差；(2)理論計(jì)算和假設(shè)法：此法需要事先建立橋梁結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算模型或有限元計(jì)算模型，并通過(guò)計(jì)算得到與采集樣本相同荷載作用下結(jié)構(gòu)局部靜應(yīng)變時(shí)程，最后以采集樣本的動(dòng)應(yīng)變峰值除以計(jì)算得到的靜應(yīng)變峰值來(lái)確定動(dòng)力系數(shù)，此方法依賴(lài)于計(jì)算模型的準(zhǔn)確性，可行性較差；(3)小波包分解法：此法對(duì)采集的動(dòng)應(yīng)變樣本進(jìn)行小波包分解，并選取小波包中的低頻成分作為靜應(yīng)變時(shí)程曲線，以采集樣本的動(dòng)應(yīng)變峰值除以由小波包分解的低頻成分所得的靜應(yīng)變峰值來(lái)確定動(dòng)力系數(shù)，此方法需要從業(yè)者有較豐富的小波包方面與信號(hào)處理方面的知識(shí)，適用性較差；因此，基于動(dòng)應(yīng)變采集樣本的結(jié)構(gòu)局部動(dòng)力系數(shù)的測(cè)定，有必要研究一種可行性好、準(zhǔn)確性高、適用性強(qiáng)的新方法。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)局部應(yīng)變動(dòng)力系數(shù)的測(cè)定方法，采用FIR凱塞窗濾波器將采集的動(dòng)應(yīng)變樣本中高頻的振動(dòng)信號(hào)濾除，得到低頻的靜應(yīng)變信號(hào)，該測(cè)定方法可以準(zhǔn)確測(cè)定局部應(yīng)變的動(dòng)力系數(shù)。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種應(yīng)變動(dòng)力系數(shù)的測(cè)定方法，其特征在于，該測(cè)定方法包括如下步驟：

步驟10)：采集動(dòng)應(yīng)變樣本：

將光柵應(yīng)變計(jì)配接到溫度采集系統(tǒng)中，然后利用光柵應(yīng)變計(jì)對(duì)測(cè)點(diǎn)的局部動(dòng)應(yīng)變進(jìn)行采集，光柵應(yīng)變計(jì)將獲取的測(cè)點(diǎn)動(dòng)應(yīng)變信息傳遞到應(yīng)變采集系統(tǒng)中，形成動(dòng)應(yīng)變樣本，動(dòng)應(yīng)變樣本包含列車(chē)作用下不同時(shí)刻對(duì)應(yīng)的應(yīng)變值；

步驟20)：設(shè)計(jì)FIR凱塞窗濾波參數(shù)；

由于光柵應(yīng)變計(jì)采集的動(dòng)應(yīng)變中振動(dòng)成分相對(duì)靜應(yīng)變成分為高頻信號(hào)，通過(guò)式(1)設(shè)定窗函數(shù)的理想濾波器幅度為理想低通濾波：

mags＝[1,0](1)

根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)整體的第一階固有頻率和測(cè)點(diǎn)所在構(gòu)件的第一階固有頻率，利用式(2)確定FIR凱塞窗低通濾波器的過(guò)度帶：

過(guò)渡帶：fcuts＝[f_c，f_c+Δf]

式中，f_c為凱塞窗低通濾波器的截止頻率，Δf是凱塞窗低通濾波器過(guò)渡帶帶寬，l_s表示橋梁的跨徑，v表示行過(guò)橋梁的汽車(chē)或者火車(chē)的車(chē)速，f_b為橋梁結(jié)構(gòu)整體的第一階固有頻率，f_cp為橋梁測(cè)點(diǎn)構(gòu)件的第一階固有頻率，f_c+Δf的必須取值小于f_b和f_cp中的較小值；

定義通帶衰減A_p與阻帶衰減A_s，并將其轉(zhuǎn)化為凱FIR塞窗濾波器能夠識(shí)別的波紋參數(shù)，即波紋，根據(jù)式(3)計(jì)算波紋：

式中，A_p為通帶衰減，通常情況下設(shè)為1；A_s為阻帶衰減，通常情況下設(shè)為10～80dB，具體情況視采集信號(hào)質(zhì)量而定；

步驟30)：生成FIR凱塞窗低通濾波器參數(shù)，對(duì)動(dòng)應(yīng)變樣本進(jìn)行濾波；

根據(jù)步驟20)的預(yù)設(shè)參數(shù)，基于MATLAB平臺(tái)生成FIR凱塞窗低通濾波器，并對(duì)動(dòng)應(yīng)變樣本進(jìn)行濾波，程序代碼如下：

[N,Wn,beta,ftype]＝kaiserord(fcuts,mags,dev,fs)； ％生成濾波器參數(shù)

lbq＝fir1(N,Wn,ftype,kaiser(N+1,beta))；％生成濾波器