[發(fā)明專利]一種利用測試車進行橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別的方法

有效

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• 申請日: 2019-01-25
• 公開（公告）號: CN109855823B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陽洋;梁晉秋;成泉;李衛(wèi)東;陳志
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: G01M5/00
• 分類號: G01M5/00
• 代理公司: 重慶項乾光宇專利代理事務(wù)所(普通合伙) 50244
• 代理人: 高姜

本發(fā)明屬于橋梁結(jié)構(gòu)診斷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用測試車進行橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別的方法，包括以下步驟：(1)基于車橋耦合系統(tǒng)，利用外激勵變化，獲得靜止的測試車豎向加速度響應(yīng)；(2)利用靜止的測試車豎向加速度響應(yīng)間接計算出測試車靜止時與橋面接觸的接觸點的豎向加速度響應(yīng)；(3)對所得的接觸點豎向加速度響應(yīng)采用基于傳遞率函數(shù)的方法建立傳遞率函數(shù)矩陣；(4)基于傳遞率函數(shù)矩陣求解橋梁第n階頻率及模態(tài)；(5)對所得橋梁第n階頻率及模態(tài)，采用改進的直接剛度法進行剛度反演，以識別各單元節(jié)點的截面彎曲剛度。其克服了傳統(tǒng)的人工檢測費時費力成本相對高等缺點，可以有效識別出橋梁的彎曲剛度，并可進而識別任何荷載下的橋梁撓度變形。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于橋梁結(jié)構(gòu)診斷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用測試車進行橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別的方法。

背景技術(shù)

由于長時間的交通以及自然災(zāi)害的影響，橋梁結(jié)構(gòu)不可避免的存在損傷。橋梁的頻率、模態(tài)以及阻尼等橋梁模態(tài)參數(shù)是結(jié)構(gòu)診斷中的重要信息。通過模態(tài)參數(shù)的變化，能夠識別出橋梁的損傷情況。傳統(tǒng)的方法是直接將布置于橋上的傳感器所采集的信號進行分析，但存在傳感器優(yōu)化布置、海量數(shù)據(jù)難以處理等傳統(tǒng)監(jiān)測問題。楊永斌等首次在國際上提出了間接測量技術(shù)，即利用測試車輛在橋梁上運行，基于測試車上采集的傳感器信號識別橋梁頻率。之后國內(nèi)外許多學(xué)者在此基礎(chǔ)上進行了一系列研究，Keenahan和Obrien通過分析兩軸的加速度差異頻譜，理論上初步識別了橋梁的阻尼比變化。Li等人基于廣義模式搜索算法，提出了一種通過小車間接識別橋梁參數(shù)的優(yōu)化方法。Oshima等人通過多車輛組成測試系統(tǒng)提取出橋梁模態(tài)后，利用平均的MAC指標(biāo)進行損傷識別。Obrien等針對車橋耦合模型利用改進的短時傅里葉變換方法分提取了橋梁模態(tài)，并結(jié)合經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解(EMD)提取橋頻來進行了無路面粗糙度下的損傷識別研究。Keenahan和Obrien通過模擬提出了一種可替代標(biāo)準(zhǔn)信號處理技術(shù)的最優(yōu)化方法，用于克服移動車輛采集信號和車橋耦合系統(tǒng)的非線性關(guān)系。Li和Au提出了一種基于遺傳算法來從移動車輛的響應(yīng)中識別橋梁的損傷情況。Hester和Gonzalez通過使用三維的車橋耦合模型展示了即使是在高速荷載作用下，濾波后的橋梁加速度響應(yīng)的范圍也會隨著損傷程度的加大而擴大。OBrien和Keenahan在進行橋梁的損傷識別的過程中使用了裝備有交通速度偏轉(zhuǎn)儀(TSD)的檢測車，通過這種設(shè)備可以測量橋梁的橋面粗糙度。Yin針對移動車輛以初始速度以及恒定的加速和減速通過簡支梁橋提出了半解析解。He等對移動荷載下的橋梁動力響應(yīng)進行小波變換處理并進行了單處損傷的數(shù)值模擬研究。Zhu等對車橋耦合響應(yīng)識別移動車輛荷載和橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)的逆問題進行了總結(jié)，指出目前的數(shù)值模擬還不成熟，距離實際應(yīng)用還需考慮諸多因素，且缺少試驗驗證。Kong基于車橋耦合系統(tǒng)，利用橋梁與測試車動力響應(yīng)間的頻響函數(shù)構(gòu)建傳遞率關(guān)系，建立了傳遞率損傷指標(biāo)(TDI)來進行橋梁的損傷識別。張彬和楊永斌等將運動中的測試車上采集的傳感器信號反演到對應(yīng)的運動中的測試車與橋梁橋面接觸點上的響應(yīng)，提取了更高階的橋梁頻率。

以上的損傷識別方法大部分還僅限于初步判斷結(jié)構(gòu)是否發(fā)生損傷，對損傷位置及損傷程度的判斷仍有很大不足；且這些方法對實際工程中諸多因素，如外激勵的變化、路面粗糙度、橋梁阻尼等的影響，仍沒有較好解決方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足之處，本發(fā)明提供了一種利用測試車進行橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別的方法，克服了外激勵變化、路面粗糙度、橋梁阻尼參數(shù)對損傷識別的不利影響，可以有效地識別出橋梁的彎曲剛度，進而識別任何荷載下的橋梁撓度變形，達到橋梁損傷識別的目的，有助于推動基于動力測試的間接測量技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別工作中的實際應(yīng)用。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種利用測試車進行橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別的方法，包括以下步驟：

(1)基于車橋耦合系統(tǒng)，利用外激勵變化，獲得靜止的測試車豎向加速度響應(yīng)；

(2)利用靜止的測試車豎向加速度響應(yīng)間接計算出測試車靜止時與橋面接觸的接觸點的豎向加速度響應(yīng)；