[發(fā)明專利]大跨懸索橋渦振事件的實時識別和監(jiān)測預警方法

有效

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• 申請日: 2020-11-24
• 公開（公告）號: CN112629647B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發(fā)明（設計）人: 淡丹輝;李厚金
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01H13/00
• 分類號: G01H13/00;G01H17/00
• 代理公司: 上海科律專利代理事務所(特殊普通合伙) 31290
• 代理人: 劉瑩

本發(fā)明公開一種大跨懸索橋渦振事件的實時識別和監(jiān)測預警方法，先對橋梁監(jiān)測加速度信號計算頻譜；根據頻譜一階能量峰值對應橋梁一階頻率來確定高通濾波截止頻率，通過濾波去除信號中的低頻噪聲干擾，并采用遞歸加速度積分方法計算橋梁實時振動位移；再通過對積分位移數據進行實時遞歸希爾伯特變換獲得信號數據的實部和虛部，對信號進行復平面表達并評估，實現了渦振的識別預警。本發(fā)明的優(yōu)點是具有實時性高、高精度，準確和直觀；在線實時渦振識別和測量橋梁渦振時的振動特性，進行橋梁的渦振預警和在線監(jiān)測。

技術領域

本發(fā)明涉及大跨橋梁結構監(jiān)測領域，特別涉及一種大跨懸索橋渦振事件的實時識別和監(jiān)測預警方法。

背景技術

橋梁渦激共振是橋梁運營中的一個重要振動問題，是由周期性交替脫落的漩渦引起的主梁限幅振動現象。雖然橋梁渦振不像顫振、馳振等發(fā)散性振動會導致橋梁動力失穩(wěn)和破壞，但是渦振很容易在低風速下發(fā)生，并且較大的振幅會造成橋梁纜索等結構的疲勞，也會影響行車舒適性和行車安全，因此，橋梁渦振的實時在線識別和預警十分重要，并且是橋梁運維管理以及進行后續(xù)振動控制的基礎。

目前，橋梁的渦振響應及特性研究相對成熟，但主要是基于振動后數據的批處理，具有一定的后效性，以及大量的橋梁渦振半主動控制研究的前提是要實時在線識別出橋梁渦振的產生。因此，迫切需要一種針對在線監(jiān)測環(huán)境下的橋梁渦振事件發(fā)生的實時識別方法。

橋梁正常運營狀態(tài)下的環(huán)境激勵隨機振動和渦激共振時的振動特性有明顯區(qū)別，渦振發(fā)生時，橋梁振動近似一種單模態(tài)的振動形式，其頻譜呈現單一能量峰值，其余峰值能量很小，橋梁響應類似標準正弦函數。基于橋梁的渦振特性，目前的橋梁渦振識別主要是對通過人工肉眼識別橋梁監(jiān)測數據中的穩(wěn)定正弦振動段，或者通過對一段數據進行頻譜分析并人工判斷是否只有單一頻譜峰值，這兩種方法的缺點在于人工肉眼判斷誤差大，不準確，容易誤判或漏判斷；批處理頻譜分析方法不能在線實時判斷。并且上述兩種方法均無法準確感知渦振的發(fā)生和結束時刻。這是本申請需要著重改善的地方。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是要提供一種基于希爾伯特變換的大跨懸索橋渦振事件的實時識別和監(jiān)測預警方法。

為了解決以上的技術問題，本發(fā)明提供了一種大跨懸索橋渦振事件的實時識別和監(jiān)測預警方法，包括以下的步驟：

步驟S1：基于橋梁加速度監(jiān)測信號時程，通過快速傅里葉變換FFT計算頻譜，讀取頻譜一階能量峰值對應的橫坐標，獲得結構的一階頻率，并確定濾波截止頻率：

；

式中，為濾波比例系數；對于大跨橋梁，取為；

步驟S2：通過遞歸高通濾波方法去除加速度信號中的低頻噪聲干擾，遞歸濾波器的形式為：

；

式中，和分別為輸入和輸出信號，為近似于1的常數；

步驟S3：采用遞歸加速度積分方法計算橋梁的振動位移：

先采用遞歸最小二乘法對橋梁加速度監(jiān)測信號進行基線校正，再采用遞歸高通濾波消除加速度信號中的低頻噪聲，最后通過時域二次積分方法將加速度信號積分得到橋梁振動位移數據；

步驟S4：對積分位移數據進行短時遞歸希爾伯特變換，構造復數域的解析信號，并獲得信號數據的實部和虛部，對信號進行復平面表達：

；

式中， 為對時域信號進行希爾伯特變換：；

對于離散監(jiān)測信號數據，其希爾伯特變換計算式為：

；

式中，為采樣信號；

為信號采樣長度， 為脈沖響應乘子，表達形式為：

；