CN109029711B - 一种动态的桥梁结构多阶频率识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动态的桥梁结构多阶频率识别方法，包括对桥梁结构各振动测点进行频率识别、对桥梁结构第i个测点的振动数据进行功率谱分析、利用功率谱波峰数据先增大后减小的特点，提取第i个测点的功率谱图中所有的峰值数据组成矩阵等多个步骤。本发明根据功率谱图和桥梁结构频率的特点，可实现动态的桥梁结构多阶频率的自动化识别，能够有效节省人力资源，为桥梁模态频率实时预报警提供前提，有利于桥梁结构的安全运营。

Description

一种动态的桥梁结构多阶频率识别方法

技术领域

本发明涉及一种识别方法，尤其涉及一种动态的桥梁结构多阶频率识别方法。

背景技术

桥梁健康监测的基本内涵是：通过对桥梁结构状况的监控与评估，为桥梁在特殊气候、交通条件下或桥梁运营状况异常严重时发出预警信号，为桥梁的维护维修和管理决策提供依据与指导。桥梁健康监测系统获取的频率信息是评价桥梁安全状态的重要指标，实现桥梁结构频率的自动化识别对掌握桥梁的安全状态尤为重要。现有的桥梁频率识别方法大多针对桥梁振动信息进行功率谱分析，人工提取适当的功率谱峰值获取桥梁频率，不能满足自动化识别动态的桥梁频率的需要。

发明内容

为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种动态的桥梁结构多阶频率识别方法。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种动态的桥梁结构多阶频率识别方法，整体步骤为：

①、设置动态的桥梁结构多阶频率识别的相关参数，包括参与桥梁结构频率识别的振动测点数n、待识别的桥梁结构频率阶数m、根据桥梁结构有限元模型计算频率或荷载试验实测频率确定的各阶频率范围矩阵FreB；

②、开始对桥梁结构各振动测点进行频率识别，初次处理测点定为i＝1；

③、对桥梁结构第i个测点的振动数据进行功率谱分析；

④、利用功率谱波峰数据先增大后减小的特点，提取第i个测点的功率谱图中所有的峰值数据组成矩阵FreMax_i；

⑤、开始对第i个测点根据桥梁结构各阶频率范围矩阵FreB和功率谱峰值矩阵FreMax_i依次提取各阶频率，初次处理频率阶数定为j＝1；

⑥、提取第i个测点第j阶桥梁结构频率范围FreB_j内的功率谱峰值矩阵FreMaxi_j，判断矩阵FreMaxi_j是否为空矩阵，若为空矩阵，则第i个测点第j阶频率未被激励，否则矩阵FreMaxi_j中功率谱密度最大幅值对应的频率即为第i个测点实测桥梁结构第j阶频率；

⑦、识别第i个测点桥梁结构下一阶频率，即令j＝j+1，若j≤m则转至步骤⑥，否则转至步骤⑧；

⑧、对进行桥梁结构下一个振动测点进行频率识别，即令i＝i+1，若i≤n则转至步骤③，否则转至步骤⑨；

⑨、开始综合各振动测点的频率识别结果，最终确定桥梁结构各阶频率，初次处理频率阶数定为j＝1；

⑩、判断各测点识别的第j阶频率组成的矩阵Fre_j是否为空矩阵，若为空矩阵，则桥梁结构第j阶频率f_j未被识别，否则矩阵Fre_j中功率谱密度最大幅值对应的频率即为桥梁结构的第j阶频率；

确定桥梁结构下一阶频率，即令j＝j+1，若j≤m则转至步骤⑩，否则流程结束。

本发明根据功率谱图和桥梁结构频率的特点，可实现动态的桥梁结构多阶频率的自动化识别，能够有效节省人力资源，为桥梁模态频率实时预报警提供前提，有利于桥梁结构的安全运营。

附图说明

图1为本发明的整体流程示意图。

图2为实施例一中松原市天河大桥北汊桥加速度计布置图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1所示的一种动态的桥梁结构多阶频率识别方法，具体步骤为：

①、设置动态的桥梁结构多阶频率识别的相关参数，包括参与桥梁结构频率识别的振动测点数n、待识别的桥梁结构频率阶数m、根据桥梁结构有限元模型计算频率或荷载试验实测频率确定的各阶频率范围矩阵FreB；

②、开始对桥梁结构各振动测点进行频率识别，初次处理测点定为i＝1；

③、对桥梁结构第i个测点的振动数据进行功率谱分析；

④、利用功率谱波峰数据先增大后减小的特点，提取第i个测点的功率谱图中所有的峰值数据组成矩阵FreMax_i；

⑤、开始对第i个测点根据桥梁结构各阶频率范围矩阵FreB和功率谱峰值矩阵FreMax_i依次提取各阶频率，初次处理频率阶数定为j＝1；

⑥、提取第i个测点第j阶桥梁结构频率范围FreB_j内的功率谱峰值矩阵FreMax_ij，判断矩阵FreMax_ij是否为空矩阵，若为空矩阵，则第i个测点第j阶频率未被激励，否则矩阵FreMax_ij中功率谱密度最大幅值对应的频率即为第i个测点实测桥梁结构第j阶频率；

⑦、识别第i个测点桥梁结构下一阶频率，即令j＝j+1，若j≤m则转至步骤⑥，否则转至步骤⑧；

⑧、对进行桥梁结构下一个振动测点进行频率识别，即令i＝i+1，若i≤n则转至步骤③，否则转至步骤⑨；

⑨、开始综合各振动测点的频率识别结果，最终确定桥梁结构各阶频率，初次处理频率阶数定为j＝1；

⑩、判断各测点识别的第j阶频率组成的矩阵Fre_j是否为空矩阵，若为空矩阵，则桥梁结构第j阶频率f_j未被识别，否则矩阵Fre_j中功率谱密度最大幅值对应的频率即为桥梁结构的第j阶频率；

确定桥梁结构下一阶频率，即令j＝j+1，若j≤m则转至步骤⑩，否则流程结束。

自动化识别动态的桥梁结构多阶频率的关键在于在频率识别过程中，综合运用功率谱图和桥梁结构频率的特点，取代人工提取功率谱峰值的步骤。本发明一方面利用功率谱波峰数据先增大后减小的特点，提取功率谱图中所有的峰值数据；另一方面，由于桥梁结构受到环境荷载、车辆荷载等影响，每次实测频率有所不同，但其仍表现为在桥梁有限元模型计算频率或荷载试验实测频率的一定上下限范围内变化，因此，本发明根据桥梁结构计算频率或荷载试验实测频率结果，确定多阶频率的上下限范围以帮助自动识别桥梁结构频率。

本发明在对桥梁实测振动信息进行功率谱分析后，首先提取功率谱图中所有的峰值数据，然后提取各阶频率的上下限范围内的功率谱图最大峰值对应频率作为识别的动态的桥梁结构多阶频率。桥梁模态识别一般布置多个振动测点，本发明综合各振动测点的频率识别结果，对每阶待识别频率取各测点功率谱密度幅值最大的测点频率作为最终的识别频率。

本方法综合运用功率谱图和桥梁结构频率的特点，实现了动态的桥梁结构多阶频率的自动化识别，能够有效节省人力资源，并可应用于桥梁结构健康监测，实现桥梁频率的实时识别，为桥梁模态频率实时预报警提供了前提，有利于桥梁结构的安全运营。另一方面，本方法在桥梁频率合理范围内进行识别，此范围外的虚假模态被剔除，在一定程度上降低了虚假模态的识别。

下面通过具体实施例对本发明的技术效果进行验证：

实施例一、

松原市天河大桥北汊桥为空间索面自锚式悬索桥，其跨径布置为(40+100+266+100+40)m。其结构健康监测的振动监测加速度计测点布置图如图2所示。以松原天河大桥北汊桥主梁加速度计测点为例，提取主梁振动前4阶频率，相关计算参数及桥梁结构频率识别结果如表1所示，识别效果良好，验证了本方法的准确性和可靠性。

表1松原市天河大桥北汊桥频率识别信息

上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种动态的桥梁结构多阶频率识别方法，其特征在于：所述方法的整体步骤为：

①、设置动态的桥梁结构多阶频率识别的相关参数，包括参与桥梁结构频率识别的振动测点数n、待识别的桥梁结构频率阶数m、根据桥梁结构有限元模型计算频率或荷载试验实测频率确定的各阶频率范围矩阵FreB；

②、开始对桥梁结构各振动测点进行频率识别，初次处理测点定为i＝1；

③、对桥梁结构第i个测点的振动数据进行功率谱分析；

④、利用功率谱波峰数据先增大后减小的特点，提取第i个测点的功率谱图中所有的峰值数据组成矩阵FreMax_i；

⑤、开始对第i个测点根据桥梁结构各阶频率范围矩阵FreB和功率谱峰值矩阵FreMax_i依次提取各阶频率，初次处理频率阶数定为j＝1；

⑥、提取第i个测点第j阶桥梁结构频率范围FreB_j内的功率谱峰值矩阵FreMax_ij，判断矩阵FreMax_ij是否为空矩阵，若为空矩阵，则第i个测点第j阶频率未被激励，否则矩阵FreMax_ij中功率谱密度最大幅值对应的频率即为第i个测点实测桥梁结构第j阶频率；

⑦、识别第i个测点桥梁结构下一阶频率，即令j＝j+1，若j≤m则转至步骤⑥，否则转至步骤⑧；

⑧、对进行桥梁结构下一个振动测点进行频率识别，即令i＝i+1，若i≤n则转至步骤③，否则转至步骤⑨；

⑨、开始综合各振动测点的频率识别结果，最终确定桥梁结构各阶频率，初次处理频率阶数定为j＝1；

⑩、判断各测点识别的第j阶频率组成的矩阵Fre_j是否为空矩阵，若为空矩阵，则桥梁结构第j阶频率f_j未被识别，否则矩阵Fre_j中功率谱密度最大幅值对应的频率即为桥梁结构的第j阶频率；

确定桥梁结构下一阶频率，即令j＝j+1，若j≤m则转至步骤⑩，否则流程结束。

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