[發明專利]一種無基準數據條件下的梁式結構裂縫損傷識別方法

有效

• 申請號: 201810255498.4
• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN108549847B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 葉飛;馬琨;吳加權;張馨予;肖馳
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種無基準數據條件下的梁式結構裂縫損傷識別方法，屬于橋梁結構健康診斷技術領域。本發明采集梁的動態響應信號Si_j，進行傅里葉變換得到動態響應信號頻譜，找出一階振動信號的對應頻點；根據二進制小波變換的頻段劃分方法確定一階振動信號所在頻段的上限頻率f_h及下限頻率f_l，構建諧波小波基函數頻域表達式；對Si_j進行諧波小波包變換，提取一階振動信號分別找出中所有的波峰和波谷，采用三次樣條擬合方式，計算波峰包絡線l_c和波谷包絡線l_t；將l_c和l_t的縱坐標數據代入損傷指標計算公式，計算D_j；將D_j畫在同一幅圖中，若k測點處的D_j為峰值即k測點處為損傷所在處且峰值與谷值連線的斜率越大，損傷越大。

技術領域

本發明涉及一種無基準數據條件下的梁式結構裂縫損傷識別方法，屬于橋梁結構健康診斷技術領域。

背景技術

橋梁在現代交通網絡中扮演著重要的角色。特別是在新修建的高速公路與鐵路中，不但橋梁所占比例越來越高，而且各種特大型橋梁不斷出現。然而，在日常荷載、腐蝕、材料老化等因素的作用下，橋梁往往會發生不同程度的損傷從而使得結構承載正常載荷及抵抗環境作用沖擊的能力下降，引發災難性事故。因此，橋梁結構的損傷的準確檢測具有重要意義。

目前，常用的檢測方法分為靜態檢測和動態檢測。靜態檢測多為局部探傷法，這類檢測方法存在著成本高、工作量大、不適用于大型橋梁結構等問題。動態檢測主要是通過分析結構的動態響應從而發現結構整體的參量變化進而完成損傷的識別。動態檢測又分為有模型方法和無模型方法兩大類。有模型方法如：基于有限元分析的模型修正法、基于非線性動力學系統的神經網絡法、基于概率搜索的遺傳算法及以集群迭代算法計算結構模型參數最優解的群智能優化算法等。這類方法均需要建立精確的數學模型，并進行大量的計算，這使得其在實際應用中受到了制約。無模型法主要指結合了振動理論、系統識別理論、信號采集與分析理論等跨學科的整體分析方法。無模型法分為頻域方法、時域方法和時頻域方法。頻域方法中常用的方法包括：曲率模態法、模態置信因子法、模態應變能法、柔度矩陣法、頻響函數法等；時域方法包括：MA(Moving average)法、AR(autoregressive)法、ARMA(autoregressive moving average)法等；時頻域方法包括：傅里葉譜分析、小波變換法和希爾伯特-黃變換法。這些無模型方法雖然各有優劣，但都需要一個共同的前提條件。就是在損傷識別過程中，需要未損傷橋梁結構的精確有限元模型或者試驗數據作為對比分析的基準數據。最后，通過對比基準數據與有損傷梁的計算結果問的差異來確定損傷情況。然而，現在的結構中絕大部分是沒有基礎數據的，因此，找到一種不依賴早期資料的損傷識別方法十分必要。

發明內容

針對現在損傷識別方法中存在的無基準數據、模型精度要求高、計算量大等問題，本發明提供一種無基準數據條件下的梁式結構裂縫損傷識別方法。本發明方法通過諧波小波包變換對信號進行分解，提取出低階振動信號；然后計算提取后信號的波峰及波谷的包絡線；接著，利用包絡線計算損傷指標；最后，通過對比由各測點數據計算出的損傷指標的分布規律進行裂縫的損傷定位及損傷程度判斷。

一種無基準數據條件下的梁式結構裂縫損傷識別方法，具體步驟如下：

(1)在梁上均勻布置n個測點，采集梁的動態響應信號Si_j；

(2)對步驟(1)所得動態響應信號Si_j進行傅里葉變換得到動態響應信號頻譜；

(3)從步驟(2)所得動態響應信號頻譜中找出一階振動信號的對應頻點；

(4)根據二進制小波變換的頻段劃分方法確定步驟(3)一階振動信號所在頻段的上限頻率f_h及下限頻率f_l；