[發明專利]基于分布式應變測量技術的閉環橋梁結構損傷診斷方法

有效

• 申請號: 201910922485.2
• 申請日: 2019-09-27
• 公開（公告）號: CN110702344B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 劉洋;周正;孫杰;許庚;張紹逸
• 申請（專利權）人: 濟南城建集團有限公司;哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01M5/00
• 分類號: G01M5/00
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 張貴賓

本發明屬于實際運營中的橋梁結構損傷診斷領域，具體涉及一種基于分布式應變測量技術的閉環橋梁結構損傷診斷方法，屬于實際橋梁結構運營期間損傷診斷領域。本發明引入主動激勵，選取合適的閉環極點，利用奇異值分解方法計算反饋增益，構建閉環系統，并采用具有高損傷靈敏度的閉環系統特征值構建損傷指標，實現損傷診斷。本發明可以有效提升損傷診斷中損傷指標對結構小損傷的靈敏度，適用于解決實際運營的橋梁結構損傷診斷問題。

技術領域

本發明屬于實際運營中的橋梁結構損傷診斷領域，具體涉及一種基于分布式應變測量技術的閉環橋梁結構損傷診斷方法。

背景技術

為保障橋梁結構的正常運營，防止結構損傷乃至破壞造成的嚴重后果，需要利用有效的技術手段對橋梁結構狀態進行準確地評估，及時診斷出運營期間出現的結構損傷。當橋梁結構發生損傷時，其動態特性、靜態特性等特征參數將發生變化，而損傷診斷的本質即通過分析結構響應識別其變化，并進一步通過對比分析對結構損傷進行定位以及程度辨識。隨著先進測量技術以及儀器的出現，損傷診斷技術也得到了發展，包括傳感器、數據采集軟件、數據傳輸方式的改進在一定程度上提高了損傷診斷結果的可信度。

然而，受損傷識別手段所限，現有應用于實際橋梁工程的損傷診斷技術均屬于開環診斷技術，即僅僅利用環境激勵下的結構響應提取損傷診斷特征，進而識別橋梁結構的潛在損傷，這種診斷技術已經進入研究發展的瓶頸階段。一方面，通過開環技術取得的高可信度監測數據(如低階結構頻率)往往對損傷不太敏感，導致診斷精度不高；另一方面，結構受環境激勵以及噪聲的耦合作用，結構損傷引起的這特征參數變化容易淹沒其中，診斷結果易受干擾。如果通過一些技術手段提高損傷指標對結構損傷的敏感程度，無疑可以大幅提高損傷診斷的成功率，同時可能使損傷診斷方法的抗噪水平得到提升。

目前，基于閉環技術的損傷診斷算法仍處于起步階段，現有研究大多利用測點位移作為結構輸出響應，這種方法的測點數量太少，導致采集得到的結構響應信息不夠完備。因此，在現有閉環監測技術的基礎上，提出利用分布式應變測量技術，大幅提高監測測點的空間分辨率，有助于提高閉環系統輸出信息的完備性，使得閉環系統的穩定性要求更易滿足。

發明內容

為解決現有開環損傷診斷技術對結構損傷靈敏度較低的問題，現提出基于分布式應變測量技術的閉環橋梁結構損傷診斷方法。

基于分布式應變測量技術的閉環橋梁結構損傷診斷方法，該方法包含以下步驟：

步驟一：針對所研究的橋梁結構，建立健康狀態下的有限元模型，提取其初始剛度矩陣以及初始質量矩陣，同時對橋梁結構施加某一確定的非反饋激勵，采集振動信號，并根據響應對結構進行模型修正，得到修正剛度矩陣及修正質量矩陣；

步驟二：利用步驟一中得到的結構修正剛度矩陣及修正質量矩陣，使用閉環技術構建閉環系統，結合可觀測性及輸出能控性要求，求解得到反饋激勵及測點合適的數量及位置；

步驟三：根據步驟二中得到的反饋激勵及測點的數量及位置，結合閉環特征值損傷靈敏度計算方法以及閉環系統穩定性判別理論，選取合適的閉環極點；

步驟四：針對步驟三中得到的閉環極點，采用奇異值分解的方法實現極點配置，計算得到反饋增益；

步驟五：利用分布式布里淵光纖傳感技術采集具備高空間分辨率的結構關鍵點應變值，并通過虛擬共軛梁法得到對應測點位移及速度，結合步驟四得到的反饋增益計算得到反饋激勵，利用反饋激勵以及非反饋激勵對結構進行加載，完成基于閉環技術的加載，采集加載后的結構響應；

步驟六：根據步驟五中加載后采集得到的結構響應，計算閉環位移頻響函數，并從中提取閉環特征值構建橋梁結構損傷判別因子，將健康狀態以及待診斷狀態下的損傷判別因子進行比較，判定結構是否出現損傷。