[發(fā)明專利]一種橋梁風(fēng)振監(jiān)測傳感器布置和風(fēng)振響應(yīng)重構(gòu)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710273397.5
• 申請(qǐng)日: 2017-04-24
• 公開（公告）號(hào): CN107180126B
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周廣東;謝美希
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/13
• 分類號(hào): G06F30/13;G06F30/23;G01M7/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李曉

本發(fā)明提供一種橋梁風(fēng)振監(jiān)測傳感器布置和風(fēng)振響應(yīng)重構(gòu)方法。根據(jù)風(fēng)致振動(dòng)時(shí)域分析方法計(jì)算得到橋梁在設(shè)計(jì)風(fēng)荷載作用下的振動(dòng)響應(yīng)，繪制關(guān)于加速度的風(fēng)振響應(yīng)曲線；利用相鄰節(jié)點(diǎn)之間風(fēng)振加速度差的符號(hào)進(jìn)行風(fēng)振響應(yīng)曲線拐點(diǎn)的判斷，找出風(fēng)振響應(yīng)曲線拐點(diǎn)最多的時(shí)刻；選取該時(shí)刻風(fēng)振響應(yīng)曲線的拐點(diǎn)和拐點(diǎn)之間的中間節(jié)點(diǎn)作為傳感器布置位置，得出橋梁風(fēng)振監(jiān)測傳感器布置方案；采用正弦函數(shù)加權(quán)和作為風(fēng)振響應(yīng)形態(tài)函數(shù)，利用測點(diǎn)的風(fēng)振加速度進(jìn)行風(fēng)振響應(yīng)形態(tài)函數(shù)的待定參數(shù)擬合，實(shí)現(xiàn)橋梁風(fēng)振響應(yīng)的重構(gòu)，最終得到橋梁所有節(jié)點(diǎn)的風(fēng)振響應(yīng)。本發(fā)明具有操作簡單、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于土木工程和橋梁監(jiān)測領(lǐng)域，具體涉及一種橋梁風(fēng)振監(jiān)測傳感器布置和風(fēng)振響應(yīng)重構(gòu)方法。

背景技術(shù)

隨著橋梁建造技術(shù)的提高和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，同時(shí)為了滿足現(xiàn)代化交通運(yùn)輸和快速出行的要求，一大批大跨橋梁在全國各地建成并投入使用，如潤揚(yáng)長江大橋、杭州灣大橋、港珠澳大橋、矮寨大橋等。這些橋梁具有跨度大、結(jié)構(gòu)柔、橋塔高和重量輕的特點(diǎn)，且所處的地理環(huán)境特別復(fù)雜，極易遭受各種強(qiáng)風(fēng)的襲擊。而強(qiáng)風(fēng)引起的振動(dòng)響應(yīng)成為影響橋梁行車舒適性和結(jié)構(gòu)安全性的主要因素之一。對(duì)橋梁的風(fēng)致振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測就顯得非常必要，運(yùn)用實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)可準(zhǔn)確把握橋梁風(fēng)致振動(dòng)響應(yīng)的規(guī)律，為橋梁運(yùn)營狀態(tài)評(píng)估提供數(shù)據(jù)支撐，確保橋梁在風(fēng)荷載作用下的安全。

由于大跨橋梁結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，橋梁風(fēng)致振動(dòng)監(jiān)測的可選節(jié)點(diǎn)可能達(dá)到幾百個(gè)甚至上千個(gè)。但受到振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)和振動(dòng)監(jiān)測成本的限制，無法對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)所有節(jié)點(diǎn)的風(fēng)致振動(dòng)響應(yīng)都進(jìn)行監(jiān)測。那么，如何從成百上千的可選節(jié)點(diǎn)中選擇最有價(jià)值的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測，就成為橋梁風(fēng)致振動(dòng)監(jiān)測亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。已有的振動(dòng)傳感器布置方法主要針對(duì)橋梁在環(huán)境激勵(lì)或者車輛荷載作用下的振動(dòng)響應(yīng)監(jiān)測，僅考慮橋梁本身的動(dòng)力特性。由于風(fēng)荷載的非平穩(wěn)性和橋梁響應(yīng)的非線性特征，橋梁結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的振動(dòng)響應(yīng)與環(huán)境激勵(lì)或者車輛荷載作用下的振動(dòng)響應(yīng)相比，存在很大的差異。利用已有的振動(dòng)傳感器布置方法進(jìn)行風(fēng)致振動(dòng)監(jiān)測傳感器布置，難以準(zhǔn)確捕捉橋梁風(fēng)致振動(dòng)響應(yīng)的典型特征。不僅如此，由于風(fēng)致振動(dòng)監(jiān)測傳感器數(shù)量的有限性，無法全面掌握橋梁風(fēng)致振動(dòng)響應(yīng)信息。通過測點(diǎn)的風(fēng)致振動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)全橋的風(fēng)致振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行重構(gòu)，進(jìn)而獲得其余節(jié)點(diǎn)的風(fēng)致振動(dòng)響應(yīng)，是全面了解橋梁風(fēng)致振動(dòng)響應(yīng)特征的有效手段。然而，目前尚未提出有效的橋梁風(fēng)致振動(dòng)響應(yīng)重構(gòu)方法。

因此，提出一種能夠?qū)蛄宏P(guān)鍵風(fēng)振響應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測的傳感器布置方法，并建立基于測點(diǎn)風(fēng)致振動(dòng)響應(yīng)信息的風(fēng)振響應(yīng)重構(gòu)方法，對(duì)于全面把握橋梁的風(fēng)致振動(dòng)響應(yīng)特征具有重要的工程意義和實(shí)用價(jià)值。

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)明提供一種橋梁風(fēng)振監(jiān)測傳感器布置和風(fēng)振響應(yīng)重構(gòu)方法，它能從橋梁所有可選節(jié)點(diǎn)中選擇最有價(jià)值的位置進(jìn)行風(fēng)致振動(dòng)監(jiān)測傳感器布置，并能根據(jù)測點(diǎn)的風(fēng)致振動(dòng)響應(yīng)重構(gòu)橋梁所有節(jié)點(diǎn)的風(fēng)振響應(yīng)，進(jìn)而得到橋梁所有節(jié)點(diǎn)的風(fēng)振響應(yīng)。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種橋梁風(fēng)振監(jiān)測傳感器布置和風(fēng)振響應(yīng)重構(gòu)方法，其特征在于，所述橋梁風(fēng)致振動(dòng)監(jiān)測傳感器布置方法包括以下步驟：

步驟1，根據(jù)風(fēng)致振動(dòng)時(shí)域分析方法計(jì)算得到橋梁在設(shè)計(jì)風(fēng)荷載作用下的振動(dòng)響應(yīng)，繪制關(guān)于加速度的風(fēng)振響應(yīng)曲線；

步驟2，利用相鄰節(jié)點(diǎn)之間風(fēng)振加速度差的符號(hào)進(jìn)行風(fēng)振響應(yīng)曲線拐點(diǎn)的判斷，找出風(fēng)振響應(yīng)曲線拐點(diǎn)最多的時(shí)刻；

所述步驟2包括以下子步驟：

步驟2.1，計(jì)算第t時(shí)刻被測橋梁相鄰節(jié)點(diǎn)之間的振動(dòng)加速度差：

其中，表示在第t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)r+1與節(jié)點(diǎn)r之間的風(fēng)致振動(dòng)加速度差，r＝1,2,…,N-1；