基于指征頻率時空演變的橋梁結(jié)構(gòu)損傷定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及橋梁檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種基于指征頻率時空演變的橋梁結(jié)構(gòu)損傷定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國交通事業(yè)的飛速發(fā)展，橋梁建設(shè)作為交通的一個重要組成部分，已經(jīng)廣泛用于公路、鐵路建筑中。但是，在橋梁的施工及使用過程中，很容易出現(xiàn)裂縫。裂縫的出現(xiàn)不僅僅影響工程質(zhì)量甚至?xí)?dǎo)致橋梁垮塌，有關(guān)因出現(xiàn)裂縫而影響工程質(zhì)量甚至導(dǎo)致橋梁垮塌的報道屢見不鮮。因此，如何對橋梁結(jié)構(gòu)裂縫等損傷形式的定位識別具有非常重大的現(xiàn)實意義，現(xiàn)有技術(shù)中有很多檢檢測方法，如超聲波方法、光纖傳感器法、結(jié)構(gòu)模態(tài)振形法、仿生機敏網(wǎng)方法以及攝像/掃描識別法等技術(shù)。這些技術(shù)各有特點，但上述技術(shù)大都存在應(yīng)用成本較高、精度及可靠度較低、對復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)適應(yīng)性較差等缺陷；目前還沒有一種利用橋梁在行車激勵下空間分布的動力測點指征頻率在時間域不同結(jié)構(gòu)損傷狀態(tài)下的時空演變規(guī)律實現(xiàn)損傷定位的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明提供一種基于指征頻率時空演變的橋梁結(jié)構(gòu)損傷定位方法以解決上述問題，為橋梁結(jié)構(gòu)損傷定位提供有效可靠的遠程在線智能化技術(shù)手段。
[0004]本發(fā)明提供的基于指征頻率時空演變的橋梁結(jié)構(gòu)損傷定位方法，包括
[0005]a.在橋梁結(jié)構(gòu)各空間位置測試點進行數(shù)據(jù)采集，所述測試點形成空間網(wǎng)格；
[0006]b.采集橋梁結(jié)構(gòu)各空間位置測試點的振動頻率數(shù)據(jù)；
[0007]c.根據(jù)不同空間位置測試點振動頻率在時間域內(nèi)的變化規(guī)律，對橋梁結(jié)構(gòu)進行損傷定位。
[0008]進一步，所述步驟c具體包括
[0009]c2.獲取指征頻率空間變化分布形函數(shù)；
[0010]c3.根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)各測試點指征頻率空間變化分布形函數(shù)的最大值點，進行損傷定位。
[0011]進一步，所述步驟c2之前還包括:
[0012]Cl.以橋梁結(jié)構(gòu)測試初始時刻的各測試點采集的振動頻率數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，構(gòu)造指定時刻各測試點指征頻率空間變化分布形函數(shù)。
[0013]進一步，所述指征頻率為，針對橋梁結(jié)構(gòu)在行車激勵下任一測試點獲得的時程數(shù)據(jù)樣本進行時域分段，再對各分段數(shù)據(jù)進行頻譜分析，然后統(tǒng)計所有分段數(shù)據(jù)中出現(xiàn)次數(shù)較多的頻率點，利用其出現(xiàn)幾率作為權(quán)重對這些頻率點的頻率值進行加權(quán)平均，獲得的加權(quán)平均值稱為指征頻率。
[0014]進一步，所述步驟Cl還包括:針對不同類別的橋梁結(jié)構(gòu)，利用有限元參數(shù)分析和/或結(jié)構(gòu)實驗結(jié)果擬合的方式獲取指征頻率空間變化分布形函數(shù)。
[0015]進一步，所述指征頻率空間變化分布形函數(shù)為覆蓋橋梁結(jié)構(gòu)全長的分段函數(shù)，其函數(shù)形式為常用的多項式函數(shù)。
[0016]進一步，所述步驟c3還包括利用所述插值法尋找指征頻率空間變化分布形函數(shù)的最大值點，所述最大值點對應(yīng)的坐標(biāo)位置即為橋梁結(jié)構(gòu)損傷位置。
[0017]進一步，所述空間網(wǎng)格在幾何輪廓和力學(xué)路徑上覆蓋橋梁結(jié)構(gòu)的所有關(guān)鍵截面和部位。
[0018]進一步，所述步驟a中利用加速度傳感器進行頻率數(shù)據(jù)的在線采集。
[0019]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明提供的基于指征頻率時空演變的橋梁結(jié)構(gòu)損傷定位方法，利用橋梁結(jié)構(gòu)交通運營的行車作為動力激勵源，無需人為制造激勵，不會干擾正常交通運營，節(jié)省經(jīng)濟和時間成本。本發(fā)明采用的硬件可以隨時更換，并且適用于各種不同類型的橋梁，利用橋梁結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)，數(shù)據(jù)質(zhì)量高、穩(wěn)定可靠，測試成本低，適合大面積推廣使用。
【附圖說明】
[0020]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述:
[0021]圖1是本發(fā)明的原理示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述:圖1是本發(fā)明的原理示意圖。
[0023]本發(fā)明提供的基于指征頻率時空演變的橋梁結(jié)構(gòu)損傷定位方法，包括
[0024]a.在橋梁結(jié)構(gòu)各空間位置測試點進行數(shù)據(jù)采集，所述測試點形成空間網(wǎng)格；
[0025]b.采集橋梁結(jié)構(gòu)各空間位置測試點的振動頻率數(shù)據(jù)；
[0026]c.根據(jù)不同空間位置測試點振動頻率在時間域內(nèi)的變化規(guī)律，對橋梁結(jié)構(gòu)進行損傷定位。
[0027]其中，所述步驟c具體包括
[0028]Cl.以橋梁結(jié)構(gòu)測試初始時刻的各測試點采集的振動頻率數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，構(gòu)造指定時刻各測試點指征頻率空間變化分布形函數(shù)。
[0029]c2.獲取指征頻率空間變化分布形函數(shù)；
[0030]c3.根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)各測試點指征頻率空間變化分布形函數(shù)的最大值點，進行損傷定位。
[0031]如圖1所示，在本實施例中，在橋梁I上按照指定空間測點網(wǎng)格布置加速度傳感器2，并配置與其相匹配的在線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在行車激勵下獲取各測點的指征頻率，以初始時刻各測點指征頻率為基準(zhǔn)，獲取時間域內(nèi)結(jié)構(gòu)不同損傷狀態(tài)下的振動頻率數(shù)據(jù)及指征頻率，本發(fā)明中的指征頻率是指:針對橋梁結(jié)構(gòu)在行車激勵下任一測試點獲得的時程數(shù)據(jù)樣本進行時域分段，再對各分段數(shù)據(jù)進行頻譜分析，然后統(tǒng)計所有分段數(shù)據(jù)中出現(xiàn)次數(shù)較多的頻率點，利用其出現(xiàn)幾率作為權(quán)重對這些頻率點的頻率值進行加權(quán)平均，獲得的加權(quán)平均值稱為指征頻率。圖中A表示統(tǒng)計分析指定時刻各測點指征頻率相對于基準(zhǔn)的變化程度，L為空間幾何坐標(biāo)，B為指征頻率空間變化分布形函數(shù)，根據(jù)A在空間幾何坐標(biāo)L上的分布構(gòu)造分段形函數(shù)B，利用插值法尋找形函數(shù)的最大值點對應(yīng)的坐標(biāo)D，基于越靠近損傷位置的測點響應(yīng)變化越敏感的物理規(guī)律，即可判斷指征頻率空間變化分布形函數(shù)的最大值點對應(yīng)的坐標(biāo)位置即為橋梁結(jié)構(gòu)損傷位置就是裂縫損傷3的位置，本實施例中的形函數(shù)，代表一種單元上近似解的插值關(guān)系它決定近似解在單元上的形狀，其函數(shù)形式為常用的多項式函數(shù)，根據(jù)不同個的橋梁結(jié)構(gòu)類型，其形式也不同。
[0032]在本實施例中，所述步驟Cl還包括:針對不同類別的橋梁結(jié)構(gòu)，利用有限元參數(shù)分析或結(jié)構(gòu)實驗結(jié)果擬合的方式獲取指征頻率空間變化分布形函數(shù)。指征頻率空間變化分布形函數(shù)的構(gòu)造，可針對不同類別的典型橋梁結(jié)構(gòu)體系，利用有限元參數(shù)分析或結(jié)構(gòu)實驗結(jié)果擬合的方法實現(xiàn)。在形式上，指征頻率空間變化分布形函數(shù)為覆蓋橋梁結(jié)構(gòu)全長的分段函數(shù)。
[0033]在本實施例中，所述空間網(wǎng)格在幾何輪廓和力學(xué)路徑上覆蓋橋梁結(jié)構(gòu)的所有關(guān)鍵截面和部位。根據(jù)測試目標(biāo)要求，在橋梁結(jié)構(gòu)布置加速度傳感器測點，形成一定的空間網(wǎng)格，在幾何輪廓和力學(xué)路徑上覆蓋橋梁所有關(guān)鍵截面和部位，以滿足測試的需求；本實施例中的橋梁結(jié)構(gòu)在時間域內(nèi)不同損傷狀態(tài)下各測點指征頻率的變化，是相對于橋梁結(jié)構(gòu)在布點測試的初始時刻指征頻率的大小差別，由于結(jié)構(gòu)自身和行車激勵的隨機性，這一大小差別是通過統(tǒng)計分析獲得的概率意義上的相對差別，現(xiàn)有技術(shù)中可以通過很多方法實現(xiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以輕易的獲取，因此在此不再贅述。本發(fā)明采用的基礎(chǔ)測試硬件均可以隨時更換升級而不會印象器持續(xù)連貫運行，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，可靠性高。
[0034]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項】
1.一種基于指征頻率時空演變的橋梁結(jié)構(gòu)損傷定位方法，其特征在于:包括 a.在橋梁結(jié)構(gòu)各空間位置測試點進行數(shù)據(jù)采集，所述測試點形成空間網(wǎng)格； b.采集橋梁結(jié)構(gòu)各空間位置測試點的振動頻率數(shù)據(jù)； c.根據(jù)不同空間位置測試點振動頻率在時間域內(nèi)的變化規(guī)律，對橋梁結(jié)構(gòu)進行損傷定位。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于指征頻率時空演變的橋梁結(jié)構(gòu)損傷定位方法，其特征在于:所述步驟c具體包括 c2.獲取指征頻率空間變化分布形函數(shù)； c3.根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)各測試點指征頻率空間變化分布形函數(shù)的最大值點，進行損傷定位。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于指征頻率時空演變的橋梁結(jié)構(gòu)損傷定位方法，其特征在于:所述步驟c2之前還包括: Cl.以橋梁結(jié)構(gòu)測試初始時刻的各測試點采集的振動頻率數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，構(gòu)造指定時刻各測試點指征頻率空間變化分布形函數(shù)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于指征頻率時空演變的橋梁結(jié)構(gòu)損傷定位方法，其特征在于:所述步驟Cl還包括:針對不同類別的橋梁結(jié)構(gòu)，利用有限元參數(shù)分析和/或結(jié)構(gòu)實驗結(jié)果擬合的方式獲取指征頻率空間變化分布形函數(shù)。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于指征頻率時空演變的橋梁結(jié)構(gòu)損傷定位方法，其特征在于:所述指征頻率空間變化分布形函數(shù)為覆蓋橋梁結(jié)構(gòu)全長的分段函數(shù)。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于指征頻率時空演變的橋梁結(jié)構(gòu)損傷定位方法，其特征在于:所述步驟c3還包括利用所述插值法尋找指征頻率空間變化分布形函數(shù)的最大值點，所述最大值點對應(yīng)的坐標(biāo)位置即為橋梁結(jié)構(gòu)損傷位置。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一權(quán)利要求所述的基于指征頻率時空演變的橋梁結(jié)構(gòu)損傷定位方法，其特征在于:所述空間網(wǎng)格在幾何輪廓和力學(xué)路徑上覆蓋橋梁結(jié)構(gòu)的所有關(guān)鍵截面和部位。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于指征頻率時空演變的橋梁結(jié)構(gòu)損傷定位方法，其特征在于:所述步驟a中利用加速度傳感器進行頻率數(shù)據(jù)的在線采集。
【專利摘要】本發(fā)明提供的基于指征頻率時空演變的橋梁結(jié)構(gòu)損傷定位方法，包括a.在橋梁結(jié)構(gòu)各空間位置測試點進行數(shù)據(jù)采集，所述測試點形成空間網(wǎng)格；b.采集橋梁結(jié)構(gòu)各空間位置測試點的振動頻率數(shù)據(jù)；c.根據(jù)不同空間位置測試點振動頻率在時間域內(nèi)的變化規(guī)律，對橋梁結(jié)構(gòu)進行損傷定位；本發(fā)明提供的基于指征頻率時空演變的橋梁結(jié)構(gòu)損傷定位方法，利用橋梁結(jié)構(gòu)交通運營的行車作為動力激勵源，無需人為制造激勵，不會干擾正常交通運營，節(jié)省經(jīng)濟和時間成本。本發(fā)明采用的硬件可以隨時更換，并且適用于各種不同類型的橋梁，利用橋梁結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)，數(shù)據(jù)質(zhì)量高、穩(wěn)定可靠，測試成本低，適合大面積推廣使用。
【IPC分類】G01N29/12
【公開號】CN105136908
【申請?zhí)枴緾N201510438258
【發(fā)明人】彭凱, 李博, 曹曉川, 彭撞
【申請人】彭凱
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年7月23日