[發明專利]一種基于車輛傳感的橋墩沖刷深度識別方法

在審

• 申請號: 202010216391.6
• 申請日: 2020-03-25
• 公開（公告）號: CN111353238A
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 亓興軍;張榮鳳;肖志全
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G01H17/00;G01B21/18;G06F111/10
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 孫亞琳;苗峻

本發明公開了一種基于車輛傳感的橋墩沖刷深度識別方法。其首先利用有限元軟件建立試驗橋梁計算模型，模擬橋墩不同沖刷深度，得到橋梁的有限元理論頻率信息；對橋梁理論頻率與沖刷深度進行數據分析，擬合出橋梁基頻與橋墩沖刷深度之間的函數關系式；再利用安裝傳感器的車輛勻速駛過橋梁，采集試驗車輛在橋上行駛過程中的縱向加速度時程數據，然后對試驗車輛縱向加速度時程原始數據做頻譜分析，得到加速度頻譜圖，從中識別提取橋梁的實測基頻，再將實測的橋梁基頻代入數值仿真模擬中得到的橋梁基頻與橋墩沖刷深度之間的函數關系式中，計算得出橋墩沖刷深度。本發明試驗工序安全、簡單快捷，可以提高橋墩沖刷深度檢測的效率，且成本低。

技術領域

本發明涉及一種橋墩沖刷深度識別方法，特別是一種基于車輛傳感的橋墩沖刷深度識別方法，屬于橋梁測試技術領域。

背景技術

沖刷是導致橋梁水毀的一個重要原因，世界各國每年都有許多橋梁因洪水的沖刷而毀壞。沖刷深度是沖刷影響橋梁安全的最重要因素，沖刷深度的監測對于橋梁的安全至關重要。針對橋墩沖刷問題，國內外已進行了大量的科學研究與工程實踐，逐漸開展了一系列關于橋墩沖刷狀況的檢測方法的研究。

在橋梁運營期間，現場探測是觀察橋梁基礎沖刷深度并收集現場數據最為直觀的方法，也是防止橋梁基礎出現失穩或破壞的重要方法。在過去，潛水員跟蹤探測是使用基本儀器測量沖刷深度的唯一方法。但該方法存在諸多缺陷：(1)在洪水期間不能進行；(2)沖刷坑容易在洪水后被填滿，所以無法準確記錄最大沖刷深度；(3)測量的數據較為離散，不能得到達到平衡沖刷深度狀態的沖刷趨勢?，F如今，國內外已提出了更有效的替代方法，以更好的監測沖刷，例如：雷達探測、聲納探測、聲學多普勒電流分析、光纖布拉格光柵(FBG)方法、滑動磁環(SMC)方法等。但是監測設備(發射、接收裝置)以及人力均非常昂貴,傳感器容易受到水文條件的干擾而引起較大測量誤差,且安裝時受到實際環境與氣候的限制,無法在橋梁檢測中得到全面應用。另外，近年來國內外學者進行了基于橋梁上部結構響應的沖刷識別法的研究，此類方法主要在試驗前建立有限元模型確定安裝傳感器的最佳位置，試驗時在對沖刷最敏感的構件上安裝傳感器，利用橋梁上部構件振動響應的模態特征反映沖刷的影響，分析上部構件模態特征多選用傳感器的橫向或豎向加速度時程為響應數據。該方法也存在固有缺點，即安裝傳感器時需要尋找特殊位置，如若安裝在橋墩頂部時，安裝工作具有一定危險性，整個試驗過程需要耗費人力物力。綜上，現有技術中的橋墩沖刷檢測的各類方法均不能達到試驗安全簡便、快速有效的要求。

發明內容

針對現有技術中存在的上述缺陷，本發明提供了一種試驗安全簡便、快速有效的基于車輛傳感的橋墩沖刷深度識別方法。

本發明是通過如下技術方案來實現的：一種基于車輛傳感的橋墩沖刷深度識別方法，其特征是：包括如下步驟：

(一)數值仿真模擬：

(1)利用有限元軟件建立試驗橋梁計算模型，模擬橋墩不同沖刷深度，得到橋梁的有限元理論頻率信息；

(2)對橋梁理論頻率與沖刷深度進行數據分析，擬合出橋梁基頻與橋墩沖刷深度之間的函數關系式；

(二)現場實測：

本發明是采用行駛車輛的縱向加速度響應來識別橋墩沖刷深度，其識別原理為：首先，根據間接測量法原理可知，橋梁頻率可以由行駛車輛間接識別出來，本發明所提的利用車輛縱向加速度識別橋梁頻率，縱向上車輛與橋梁之間沒有相互運動，車輛頻率即為橋梁頻率；其次，通過有限元模態分析可知，在橋梁振動模態中通常是豎向振動與縱向振動耦合在一起。求解行駛車輛振動加速度解析解方法如下：

根據車橋振動方程進行車輛加速度的求解，首先利用有限元方法進行橋梁單元離散化，得到橋梁振動方程為：

車輛運動方程為：