CN105136908B - 基于指征频率时空演变的桥梁结构损伤定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的基于指征频率时空演变的桥梁结构损伤定位方法，包括a.在桥梁结构各空间位置测试点进行数据采集，所述测试点形成空间网格；b.采集桥梁结构各空间位置测试点的振动频率数据；c.根据不同空间位置测试点振动频率在时间域内的变化规律，对桥梁结构进行损伤定位；本发明提供的基于指征频率时空演变的桥梁结构损伤定位方法，利用桥梁结构交通运营的行车作为动力激励源，无需人为制造激励，不会干扰正常交通运营，节省经济和时间成本。本发明采用的硬件可以随时更换，并且适用于各种不同类型的桥梁，利用桥梁结构加速度响应，数据质量高、稳定可靠，测试成本低，适合大面积推广使用。

Description

基于指征频率时空演变的桥梁结构损伤定位方法
技术领域
本发明涉及桥梁检测领域，尤其涉及一种基于指征频率时空演变的桥梁结构损伤定位方法。
背景技术
随着我国交通事业的飞速发展，桥梁建设作为交通的一个重要组成部分，已经广泛用于公路、铁路建筑中。但是，在桥梁的施工及使用过程中，很容易出现裂缝。裂缝的出现不仅仅影响工程质量甚至会导致桥梁垮塌，有关因出现裂缝而影响工程质量甚至导致桥梁垮塌的报道屡见不鲜。因此，如何对桥梁结构裂缝等损伤形式的定位识别具有非常重大的现实意义，现有技术中有很多检检测方法，如超声波方法、光纤传感器法、结构模态振形法、仿生机敏网方法以及摄像/扫描识别法等技术。这些技术各有特点，但上述技术大都存在应用成本较高、精度及可靠度较低、对复杂桥梁结构适应性较差等缺陷；目前还没有一种利用桥梁在行车激励下空间分布的动力测点指征频率在时间域不同结构损伤状态下的时空演变规律实现损伤定位的技术。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种基于指征频率时空演变的桥梁结构损伤定位方法以解决上述问题，为桥梁结构损伤定位提供有效可靠的远程在线智能化技术手段。
本发明提供的基于指征频率时空演变的桥梁结构损伤定位方法，包括
a.在桥梁结构各空间位置测试点进行数据采集，所述测试点形成空间网格；
b.采集桥梁结构各空间位置测试点的振动频率数据；
c.根据不同空间位置测试点振动频率在时间域内的变化规律，对桥梁结构进行损伤定位。
进一步，所述步骤c具体包括
c2.获取指征频率空间变化分布形函数；
c3.根据桥梁结构各测试点指征频率空间变化分布形函数的最大值点，进行损伤定位。
进一步，所述步骤c2之前还包括:
c1.以桥梁结构测试初始时刻的各测试点采集的振动频率数据为基准，构造指定时刻各测试点指征频率空间变化分布形函数。
进一步，所述指征频率为，针对桥梁结构在行车激励下任一测试点获得的时程数据样本进行时域分段，再对各分段数据进行频谱分析，然后统计所有分段数据中出现次数较多的频率点，利用其出现几率作为权重对这些频率点的频率值进行加权平均，获得的加权平均值称为指征频率。
进一步，所述步骤c1还包括：针对不同类别的桥梁结构，利用有限元参数分析和/或结构实验结果拟合的方式获取指征频率空间变化分布形函数。
进一步，所述指征频率空间变化分布形函数为覆盖桥梁结构全长的分段函数，其函数形式为常用的多项式函数。
进一步，所述步骤c3还包括利用所述插值法寻找指征频率空间变化分布形函数的最大值点，所述最大值点对应的坐标位置即为桥梁结构损伤位置。
进一步，所述空间网格在几何轮廓和力学路径上覆盖桥梁结构的所有关键截面和部位。
进一步，所述步骤a中利用加速度传感器进行频率数据的在线采集。
本发明的有益效果：本发明提供的基于指征频率时空演变的桥梁结构损伤定位方法，利用桥梁结构交通运营的行车作为动力激励源，无需人为制造激励，不会干扰正常交通运营，节省经济和时间成本。本发明采用的硬件可以随时更换，并且适用于各种不同类型的桥梁，利用桥梁结构加速度响应，数据质量高、稳定可靠，测试成本低，适合大面积推广使用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1是本发明的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：图1是本发明的原理示意图。
本发明提供的基于指征频率时空演变的桥梁结构损伤定位方法，包括
a.在桥梁结构各空间位置测试点进行数据采集，所述测试点形成空间网格；
b.采集桥梁结构各空间位置测试点的振动频率数据；
c.根据不同空间位置测试点振动频率在时间域内的变化规律，对桥梁结构进行损伤定位。
其中，所述步骤c具体包括
c1.以桥梁结构测试初始时刻的各测试点采集的振动频率数据为基准，构造指定时刻各测试点指征频率空间变化分布形函数。
c2.获取指征频率空间变化分布形函数；
c3.根据桥梁结构各测试点指征频率空间变化分布形函数的最大值点，进行损伤定位。
如图1所示，在本实施例中，在桥梁1上按照指定空间测点网格布置加速度传感器2，并配置与其相匹配的在线数据采集系统，在行车激励下获取各测点的指征频率，以初始时刻各测点指征频率为基准，获取时间域内结构不同损伤状态下的振动频率数据及指征频率，本发明中的指征频率是指：针对桥梁结构在行车激励下任一测试点获得的时程数据样本进行时域分段，再对各分段数据进行频谱分析，然后统计所有分段数据中出现次数较多的频率点，利用其出现几率作为权重对这些频率点的频率值进行加权平均，获得的加权平均值称为指征频率。图中A表示统计分析指定时刻各测点指征频率相对于基准的变化程度，L为空间几何坐标，B为指征频率空间变化分布形函数，根据A在空间几何坐标L上的分布构造分段形函数B，利用插值法寻找形函数的最大值点对应的坐标D，基于越靠近损伤位置的测点响应变化越敏感的物理规律，即可判断指征频率空间变化分布形函数的最大值点对应的坐标位置即为桥梁结构损伤位置就是裂缝损伤3的位置，本实施例中的形函数，代表一种单元上近似解的插值关系它决定近似解在单元上的形状，其函数形式为常用的多项式函数，根据不同个的桥梁结构类型，其形式也不同。
在本实施例中，所述步骤c1还包括：针对不同类别的桥梁结构，利用有限元参数分析或结构实验结果拟合的方式获取指征频率空间变化分布形函数。指征频率空间变化分布形函数的构造，可针对不同类别的典型桥梁结构体系，利用有限元参数分析或结构实验结果拟合的方法实现。在形式上，指征频率空间变化分布形函数为覆盖桥梁结构全长的分段函数。
在本实施例中，所述空间网格在几何轮廓和力学路径上覆盖桥梁结构的所有关键截面和部位。根据测试目标要求，在桥梁结构布置加速度传感器测点，形成一定的空间网格，在几何轮廓和力学路径上覆盖桥梁所有关键截面和部位，以满足测试的需求；本实施例中的桥梁结构在时间域内不同损伤状态下各测点指征频率的变化，是相对于桥梁结构在布点测试的初始时刻指征频率的大小差别，由于结构自身和行车激励的随机性，这一大小差别是通过统计分析获得的概率意义上的相对差别，现有技术中可以通过很多方法实现，本领域技术人员可以轻易的获取，因此在此不再赘述。本发明采用的基础测试硬件均可以随时更换升级而不会印象器持续连贯运行，系统稳定性好，可靠性高。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种基于指征频率时空演变的桥梁结构损伤定位方法，其特征在于：包括
a.在桥梁结构各空间位置测试点进行数据采集，所述测试点形成空间网格；
b.采集桥梁结构各空间位置测试点的振动频率数据；
c.根据不同空间位置测试点振动频率在时间域内的变化规律，对桥梁结构进行损伤定位；
所述步骤c具体包括
c1.以桥梁结构测试初始时刻的各测试点采集的振动频率数据为基准，构造指定时刻各测试点指征频率空间变化分布形函数；并且,针对不同类别的桥梁结构，利用有限元参数分析和/或结构实验结果拟合的方式获取指征频率空间变化分布形函数；
c2.获取指征频率空间变化分布形函数；
c3.利用插值法寻找指征频率空间变化分布形函数的最大值点，所述最大值点对应的坐标位置即为桥梁结构损伤位置；
其中,所述指征频率空间变化分布形函数为覆盖桥梁结构全长的分段函数。
2.根据权利要求1所述的基于指征频率时空演变的桥梁结构损伤定位方法，其特征在于：所述空间网格在几何轮廓和力学路径上覆盖桥梁结构的所有关键截面和部位。
3.根据权利要求1所述的基于指征频率时空演变的桥梁结构损伤定位方法，其特征在于：所述步骤a中利用加速度传感器进行频率数据的在线采集。
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