一种基于长标距应变影响包络线的桥梁损伤识别方法技术

本发明专利技术公开了一种基于长标距应变影响包络线的桥梁损伤识别方法，该方法包括下列步骤：构建分布式长标距应变传感监测系统，车辆过桥时数据采集，对采集的数据进行分解，提取出桥梁长标距应变影响包络线，桥梁损伤识别和承载力状态评估。采用长标距应变传感器测量桥梁在车辆通过时的应变信息；利用经验模态分解法分解长标距应变时程，并提出了静态应变成分的提取准则，通过提取出的静态应变最大值形成桥梁的应变影响包络线来判别桥梁的承载力状况，实施时不需要封闭交通，通过运行车辆下的长标距应变时程可以快速检测出桥梁的刚度分布情况。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及桥梁的传感监测
，具体为一种基于长标距应变影响包络线的桥梁损伤识别方法。
技术介绍
随着交通建设事业的蓬勃发展，越来越多的桥梁相继建成，同时大量的桥梁都已经达到设计寿命的使用年限，在超过设计使用寿命的同时仍然承受着巨大的车辆荷载。因此很有必要及时掌握现有桥梁的安全性、耐久性与正常使用功能的信息。针对这一目的，桥梁健康监测系统和智能控制技术相继运用到桥梁结构中并得到了迅速发展。结构损伤识别是结构健康监测系统的核心。结构损伤识别即是对结构进行检测与评估，以确定结构是否有损伤存在，进而判断损伤的位置和程度，以及结构当前的状况、使用功能和结构损伤的变化趋势等。随着信号处理技术的发展，基于信号处理的损伤识别技术得到迅速发展。现有信号处理方法包括频率域、时间域和时频域，主要有傅里叶变换、短时傅里叶变换、Winger-ville分布、小波分析和经验模态分解等。小波分析的损伤识别主要基于小波系数变化和小波分解后的能量变化。另一种信号处理方法是经验模态法，相比于小波分解，经验模态法无需考虑选择合适的小波基就能很好的分离低频成分。然而目前的研究还存在一些问题：(1)现有的方法都是基于传统的加速度计、位移计和应变计，这些传感器反应的结构信息对于局部损伤不是过于‘宏观’，就是过于‘局部’。频率对局部损伤不敏感，很难反映局部损伤，利用传统的点式应变计无法获取桥梁的应变影响包络线。(2)对桥梁的损伤检测需要大量的人力财力，同时需要采用桥检车，会影响正常的交通运行。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种桥梁损伤识别和承载力状态评估方法，尤其是一种基于长标距应变影响包络线的损伤识别和承载力状态评估方法技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术的一种基于长标距应变影响包络线的桥梁损伤识别方法，该方法包括下列步骤：(1)构建分布式长标距应变传感监测系统，在被监测桥梁布置若干应变传感器；(2)车辆过桥时数据采集，多次采集车辆经过监测桥梁跨的长标距应变时程数据；(3)对步骤(2)中采集的数据进行分解，分解出高频应变成分和低频应变成分，将频率峰值低于桥梁第一阶竖弯频率的低频成分叠加起来构成静态应变成分；(4)将步骤(3)中得到的静态应变成分的最大值提取出来，每个传感器都能提出一个最大静态应变值，将所有传感器中提取出的静态应变最大值构成长标距应变影响包络线；(5)桥梁损伤识别和承载力状态评估：利用得到的长标距应变影响包络线识别损伤位置和相对的损伤程度，通过相对损伤程度进行承载力状态评估。步骤(1)中，对于大跨桥，在桥梁的跨中和支座布置应变传感器进行区域监测；对于中小跨的公路桥，采用梁底满布传感器监测桥梁跨。其中，步骤(1)所述的应变传感器为长标距应变传感器。其中，长标距应变传感器为长标距光纤光栅传感器或长标距电阻应变传感器。步骤(2)中，利用经验模态分解法(EMD)或经验模态法提取单车荷载下的长标距应变时程。所述步骤(2)的内容中采集的长标距应变数据为单车过桥时监测得到的数据。在所述步骤(3)中，使用经验模态分解法(EMD)将长标距应变时程分解为多层应变信号，每层信号的频率大小按从高到低自动排序。在步骤(4)中，提取静态应变成分时，以桥梁结构第一阶竖弯频率为阀值，或以频谱分析第一阶幅值最大的频率值为阀值，将频率低于阀值的应变成分相加合成为静态应变成分。在步骤(5)中，利用长标距静态应变最大值构建成长标距应变影响包络线；损伤部位在长标距应变影响包络线上的表现为一个凸起，相对损伤程度为计算此凸起的程度。有益效果：本专利技术的一种基于长标距应变影响包络线的桥梁损伤识别和承载力状态评估方法，采用长标距应变传感器测量桥梁在车辆通过时的应变信息；利用经验模态分解法分解长标距应变时程，并提出了静态应变成分的提取准则，通过提取出的静态应变最大值形成桥梁的应变影响包络线来判别桥梁的承载力状况，实施时不需要封闭交通，通过运行车辆下的长标距应变时程可以快速检测出桥梁的刚度分布情况。附图说明图1为车辆荷载作用下桥梁应变影响线示意图；图2为桥梁截面及尺寸示意图；图3为传感器布置图；图4为二号梁长标距应变时程和频谱分析；图5为第十三个传感器的经验模态分解和频谱分析结果；图6为所有单元的静态应变响应的结果；图7为单元损伤位置识别的结果；图8为单元相对损伤程度识别的结果。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。一种基于长标距应变影响包络线的桥梁损伤识别方法，该方法包括下列步骤：(1)构建分布式长标距应变传感监测系统，在被监测桥梁结构的跨中和支座布置若干应变传感器；(2)车辆过桥时数据采集，多次采集车辆经过监测桥梁跨的长标距应变时程数据；(3)对步骤(2)中采集的数据进行分解，分解出高频应变成分和低频应变成分；(4)提取出桥梁长标距应变影响包络线：(5)桥梁损伤识别和承载力状态评估，利用得到的长标距应变影响包络线识别损伤位置和相对的损伤程度，通过相对损伤程度进行承载力状态评估。步骤(1)中，对于大跨桥，选择关键区域进行区域监测；对于中小跨的公路桥，采用梁底满布传感器监测桥梁跨。其中，步骤(1)所述的应变传感器为长标距应变传感器。其中，长标距传感器为长标距光纤光栅传感器或长标距的电阻应变传感器。步骤(2)中，利用经验模态分解法(EMD)或经验模态法提取单车荷载下的长标距应变时程。所述步骤(2)的内容中采集的长标距应变数据为单车过桥时监测得到的数据。在所述步骤(3)中，使用经验模态分解法将长标距应变时程分解为多层应变信号，每层信号的频率大小按从高到低自动排序。在步骤(4)中，提取静态应变成分时，以桥梁结构第一阶竖弯频率为阀值，或以频谱分析第一阶幅值最大的频率值为阀值，将频率低于阀值的应变成分相加合成为静态应变成分。在步骤(5)中，利用长标距静态应变最大值构建成长标距应变影响包络线；损伤部位在长标距应变影响包络线上的表现为一个凸起，相对损伤程度为计算此凸起的程度。(b)该方法的理论本专利技术利用应变影响线理论结合分布式长标距应变传感技术对移动荷载作用下的结构进行损伤识别，对于如图1所示的梁式结构，坐标xi处的应变影响线方程为其中xi为计算截面沿着结构长度方向的坐标，EI为计算截面的抗弯刚度，y为计算截面的中和轴高度，L为结构的长度。假设将结构分为N个长标距单元，每个单元下装有一个长标距传感器。那么长标距应变影响线可以写成：假设第j个单元的刚度损失为那么损伤状态下的应变影响线表示为：将公式(式3)和公式(式1)相比，可以得到假设第i个单元刚度放生了退化。刚度退化为(EIi)*＝(1-β)×(EIi)，其中β为刚度退化的程度。(EI)i*＝(1-β)×(EI)i (式7)从公示可以看出损伤前后的应变影响线的幅值的比值和单元范围内的刚度为反比关系，结构的初始刚度是个定值，也就是说，随着刚度的损失单元的应变影响线幅值会增大。如果能提取出移动荷载下单元范围内的应变影响线幅值，就能进行结构的损伤识别。(c)该方法中静态应变提取准则本方法提出了两种静态应变的准则。第一种以结构第一阶竖弯频率为阀值，第二种以频谱分析中第一阶频率值为阀值。当采用以结构基频为标准来提取静态相应时可以按照式10当结构频谱不能明显反映结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于长标距应变影响包络线的桥梁损伤识别方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：(1)构建分布式长标距应变传感监测系统，在被监测桥梁布置若干应变传感器；(2)车辆过桥时数据采集，多次采集车辆经过监测桥梁跨的长标距应变时程数据；(3)对步骤(2)中采集的数据进行分解，分解出高频应变成分和低频应变成分，将频率峰值低于桥梁第一阶竖弯频率的低频成分叠加起来构成静态应变成分；(4)将步骤(3)中得到的静态应变成分的最大值提取出来，每个传感器都能提出一个最大静态应变值，将所有传感器中提取出的静态应变最大值构成长标距应变影响包络线；(5)桥梁损伤识别和承载力状态评估：利用得到的长标距应变影响包络线识别损伤位置和相对的损伤程度，通过相对损伤程度进行承载力状态评估。

【技术特征摘要】
1.一种基于长标距应变影响包络线的桥梁损伤识别方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：(1)构建分布式长标距应变传感监测系统，在被监测桥梁布置若干应变传感器；(2)车辆过桥时数据采集，多次采集车辆经过监测桥梁跨的长标距应变时程数据；(3)对步骤(2)中采集的数据进行分解，分解出高频应变成分和低频应变成分，将频率峰值低于桥梁第一阶竖弯频率的低频成分叠加起来构成静态应变成分；(4)将步骤(3)中得到的静态应变成分的最大值提取出来，每个传感器都能提出一个最大静态应变值，将所有传感器中提取出的静态应变最大值构成长标距应变影响包络线；(5)桥梁损伤识别和承载力状态评估：利用得到的长标距应变影响包络线识别损伤位置和相对的损伤程度，通过相对损伤程度进行承载力状态评估。2.根据权利要求1所述的一种基于长标距应变影响包络线的桥梁损伤识别方法，其特征在于：步骤(1)中，对于大跨桥，在桥梁的跨中和支座布置应变传感器进行区域监测；对于中小跨的公路桥，采用梁底满布传感器监测桥梁跨。3.根据权利要求1所述的一种基于长标距应变影响包络线的桥梁损伤识别方法，其特征在于：其中，步骤(1)所述的应变传感器为长标距应变传感器。4.根据权利要求3所述的一种基于长标距应变影响包络线的桥梁损伤识别方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴刚，吴必涛，杨才千，何一，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32