[發明專利]一種用于高速鐵路擋風墻結構的損傷預警方法

有效

• 申請號: 201910305931.5
• 申請日: 2019-04-16
• 公開（公告）號: CN110008627B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 徐乾
• 申請（專利權）人: 陜西理工大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F17/14;E01F7/02;G06F119/14
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 楊柳岸

本發明涉及一種用于高速鐵路擋風墻結構的損傷預警方法，屬于擋風墻預警技術領域。該損傷預警方法包括以下步驟：借助高速行駛列車引起的振動對高速鐵路擋風墻結構施加環境激勵；通過無線傳感器將擋風墻的動力響應信號經過無線信號傳輸系統傳送到計算機；通過計算機對傳輸信號進行處理，得到擋風墻結構響應信號間的虛擬脈沖響應函數；對虛擬脈沖響應函數進行希爾伯特?黃變換；對虛擬脈沖響應函數進行希爾伯特邊際能量譜分析，并創建希爾伯特損傷特征向量譜，提出損傷預警指標；過預警指標對擋風墻損傷狀態和損傷程度進行預警。本發明通過損傷預警指標對高速鐵路擋風墻結構“健康狀況”進行預警，具有簡單方便、快速高效、現代智能等特點。

技術領域

本發明屬于擋風墻預警技術領域，涉及一種用于高速鐵路擋風墻結構的損傷預警方法

背景技術

目前，關于土木工程結構的損傷預警方法大多是針對梁、板、柱等結構構件，或是建筑、橋梁等結構，而對于擋風墻結構(尤其是高鐵擋風墻)的損傷預警技術還處于起步階段。但是在環境侵蝕、材料老化、荷載變異等因素共同作用下，損傷將會在擋風墻結構內部不斷地出現并積累，當損傷積累到一定程度，輕則引起擋風墻局部破壞、重則造成其失穩，削弱擋風墻對高速行駛列車的保護能力。尤其在大風區、沙漠、戈壁等條件惡劣的地區，高鐵擋風墻因損傷一旦發生破壞或失穩勢必威脅高速列車安全。一方面，在大風地區擋風墻破壞或失穩會削弱擋風墻的抗風能力，大風引起的紊亂氣流可能造成鐵路中斷行車、引發列車脫線、吹翻列車的重大事故；另一方面，穿過擋風墻的砂石可能會擊中高速行駛的列車或者堆積在鐵軌上，這將嚴重影響高速行駛列車的安全。因此，必須定期或實時對高鐵擋風墻“健康狀況”進行監測，當發現安全隱患時及時預警。但目前，對于高速鐵路擋風墻結構的損傷預警方法或技術仍處于空白狀態。因此，迫切需要一種簡單方便、快速高效、無損智能的擋風墻結構損傷預警方法。

在多因素綜合共同作用下，運營狀態下的擋風墻會產生損傷。通過對初始狀態(無損狀態)和運營狀態下的擋風墻施加振動激勵，然后對初始和運營狀態下擋風墻的動力響應信號進行希爾伯特-黃變換，則可提取反映其損傷的信息。但對擋風墻這類大體積、高質量的結構施加激勵，要使其產生有用的響應必須采用專用設備施加較大的激勵力，而過大的人工激勵又可能造成其損傷。相對于人工激勵，環境激勵(如風荷載、地震荷載、爆炸荷載、機械振動荷載、車輛動荷載等或其組合)需要簡單的試驗裝備和少量試驗儀器，且環境激勵能夠進行結構全尺度的測量。而且事實上，擋風墻結構的振動大多是由于高速行駛列車的振動荷載或風荷載引起的。所以，為了采集擋風墻的動力響應，對擋風墻施加環境激勵更為便捷、合理。

另外，直接基于擋風墻結構動力響應的希爾伯特邊際能量譜并不是其固有動力參數，它隨外界荷載變化而變化，但是基于動力響應間的虛擬脈沖響應函數與激勵無關。因此，基于虛擬脈沖響應函數的希爾伯特邊際能量譜亦與激勵無關。于是，基于虛擬脈沖響應函數的希爾伯特邊際能量譜，創建希爾伯特損傷特征向量譜，并提出預警指標。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種用于高速鐵路擋風墻結構的損傷預警方法，基于背景技術的思想，首先，通過對高速鐵路擋風墻結構施加環境激勵；通過無線傳感器將擋風墻的動力響應信號經過無線信號傳輸系統傳送到計算機；然后，通過計算機對傳輸信號進行處理，得到擋風墻結構響應信號間的虛擬脈沖響應函數；對虛擬脈沖響應函數進行希爾伯特-黃變換和希爾伯特邊際能量譜分析，并創建希爾伯特損傷特征向量譜，提出損傷預警指標；最后，通過預警指標對擋風墻損傷狀態和損傷程度進行預警。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種用于高速鐵路擋風墻結構的損傷預警方法，該方法包括以下步驟：

步驟一：借助高速行駛列車引起的振動對初始狀態和運營狀態下的高速鐵路擋風墻結構施加環境激勵；

步驟二：通過無線傳感器采集擋風墻在初始狀態和運營狀態下的動力響應信號，采集的信號經無線傳輸系統傳送到計算機；