[發(fā)明專利]一種基于無參考點(diǎn)分區(qū)測試的柔度面識別方法

有效

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• 申請日: 2022-06-24
• 公開（公告）號: CN115096534B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 伊廷華;薛銘圣;曲春緒;李宏男
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: G01M7/08
• 分類號: G01M7/08;G06F30/13
• 代理公司: 遼寧鴻文知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21102
• 代理人: 王海波

本發(fā)明屬于工程結(jié)構(gòu)檢測數(shù)據(jù)分析技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種基于無參考點(diǎn)分區(qū)測試的柔度面識別方法。本發(fā)明首先通過最小二乘復(fù)頻域法求解橋梁各個(gè)子結(jié)構(gòu)的各階頻率、阻尼、振型和模態(tài)縮放系數(shù)，然后根據(jù)橋梁各子結(jié)構(gòu)各階振型的所有可能方向進(jìn)行橋梁全結(jié)構(gòu)振型的預(yù)集成，利用集成振型正交性指標(biāo)對預(yù)集成振型進(jìn)行篩選，對集成振型正交性指標(biāo)最小的幾個(gè)預(yù)集成振型進(jìn)行曲面擬合并計(jì)算多項(xiàng)式次數(shù)指標(biāo)，將多項(xiàng)式次數(shù)指標(biāo)最小的預(yù)集成振型確定為最終正確的全結(jié)構(gòu)振型。最后利用集成的模態(tài)參數(shù)構(gòu)建全結(jié)構(gòu)的柔度矩陣。該全結(jié)構(gòu)柔度矩陣可用于準(zhǔn)確預(yù)測橋梁結(jié)構(gòu)在任意荷載下的撓度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于工程結(jié)構(gòu)檢測數(shù)據(jù)分析技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于無參考點(diǎn)分區(qū)測試的柔度面識別方法。

背景技術(shù)

橋梁是交通網(wǎng)絡(luò)中的重要工程。新材料的發(fā)展和現(xiàn)代施工技術(shù)水平的進(jìn)步極大地提高了橋梁的耐久性，但橋梁的安全性能評估仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。柔度矩陣在力學(xué)中為結(jié)構(gòu)剛度矩陣的逆矩陣，反應(yīng)了橋梁在不同節(jié)點(diǎn)施加任意荷載時(shí)的變形情況，是橋梁承載能力評估中的重要參數(shù)。卡車靜載測試是獲得橋梁柔度的傳統(tǒng)手段，然而低下的測試效率以及較高的測試成本，制約了靜載測試實(shí)施于數(shù)量巨大的中小跨徑橋梁。

近年來，基于主動激勵(lì)的中小跨徑橋梁的快速測試方法越來越受到工程技術(shù)人員的重視，如沖擊振動測試。利用動力測試測量得到的激勵(lì)力數(shù)據(jù)和橋梁響應(yīng)數(shù)據(jù)，除了識別得到橋梁的基本模態(tài)參數(shù)(頻率、阻尼、振型)外，還可以獲得結(jié)構(gòu)的模態(tài)縮放系數(shù)，利用模態(tài)縮放系數(shù)可以進(jìn)一步推導(dǎo)得出結(jié)構(gòu)的靜力特征參數(shù)——柔度。為了進(jìn)一步提高測試的效率和靈活性，分區(qū)測試已經(jīng)成為沖擊振動測試的主要發(fā)展方向。分區(qū)測試是將橋梁化分為幾個(gè)子結(jié)構(gòu)，并分別依次進(jìn)行更小規(guī)模的橋梁沖擊測試。

利用各個(gè)子結(jié)構(gòu)的測試數(shù)據(jù)識別獲得的模態(tài)參數(shù)以及柔度系數(shù)是相互獨(dú)立的，無法直接獲得整個(gè)結(jié)構(gòu)的完整柔度矩陣。利用不完整的柔度矩陣不能準(zhǔn)確的預(yù)測橋梁在任意荷載下的撓度變形，阻礙了橋梁的承載能力評估。因此，在子結(jié)構(gòu)沖擊測試后，還需要對各組獨(dú)立的參數(shù)進(jìn)行集成，從而獲得完整的柔度矩陣。針對分區(qū)測試中的參數(shù)集成方法，已有許多學(xué)者開展了研究。F.L.Moon.等提出了一種兩階段信號處理方法，用于對多參考點(diǎn)分區(qū)測試的子模態(tài)參數(shù)及子柔度進(jìn)行集成。張建等基于相位角概念，在相鄰子結(jié)構(gòu)之間只有一個(gè)參考點(diǎn)的情況下實(shí)現(xiàn)了子結(jié)構(gòu)參數(shù)集成。此外，田永丁等利用最小勢能原理對無參考點(diǎn)分區(qū)測試的子振型組合篩選和整體柔度矩陣集成進(jìn)行了研究。針對無參考點(diǎn)分區(qū)測試的參數(shù)集成研究較少，仍然是研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)，現(xiàn)有的研究對高階模態(tài)集成效果較差，影響了柔度識別。而無參考點(diǎn)分區(qū)測試由于不需要相鄰子結(jié)構(gòu)有重疊的測點(diǎn)，可以最大化測試的效率和靈活性。因此，研究如何在無參考點(diǎn)分區(qū)測試過程中對各個(gè)獨(dú)立子結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確地參數(shù)集成并構(gòu)建完整的柔度矩陣，是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是對橋梁進(jìn)行快速沖擊測試，為此提供了一種基于無參考點(diǎn)分區(qū)測試的柔度面識別方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種基于無參考點(diǎn)分區(qū)測試的柔度面識別方法，步驟如下：

步驟一：對橋梁進(jìn)行分區(qū)沖擊振動測試并提取子結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)

(1)考慮實(shí)際交通情況，將橋面劃分為N_s個(gè)相互沒有重疊的子結(jié)構(gòu)；在第s個(gè)子結(jié)構(gòu)的橋面上相應(yīng)的測點(diǎn)位置布設(shè)個(gè)加速度傳感器，在其中一個(gè)測點(diǎn)位置利用沖擊設(shè)備進(jìn)行脈沖激勵(lì)，同時(shí)采集各測點(diǎn)加速度響應(yīng)時(shí)程數(shù)據(jù)以及沖擊力時(shí)程數(shù)據(jù)；依次在N_s個(gè)子區(qū)域?qū)嵤┫嗤臏y試流程；

(2)利用采集得到的輸入輸出信號計(jì)算橋梁各個(gè)子結(jié)構(gòu)的實(shí)測頻響函數(shù)：

式中：為個(gè)輸出測點(diǎn)與輸入測點(diǎn)之間的實(shí)測頻響函數(shù)矩陣；和分別為互相關(guān)函數(shù)和自相關(guān)函數(shù)；符號“*”表示復(fù)共軛；N_a為信號采集次數(shù)；和F(ω)分別為響應(yīng)和激勵(lì)時(shí)程數(shù)據(jù)的傅里葉變換值；

得到頻響函數(shù)矩陣后，構(gòu)建子結(jié)構(gòu)頻響函數(shù)的參數(shù)化模型：