基于挠度影响线Katz1分形维数的梁结构损伤识别方法技术

本发明专利技术公开了一种基于挠度影响线Katz1分形维数的梁结构损伤识别方法，步骤如下：在梁结构各跨设置挠度测点，通过对梁结构损伤前后施加移动荷载，获得各测点的挠度影响线；对损伤前后的挠度影响线作差并求Katz1分形维数，通过挠度影响线差的Katz1分形维数曲线上的突变进行损伤定位；进一步通过梁结构挠度影响线Katz1分形维数变化规律进行整体的损伤程度定量；若梁为超静定结构，则采用各测点的挠度影响线Katz1分形维数叠加进行整体的损伤程度定量；为获得损伤单元精准的损伤程度，可进一步计算损伤处单元损伤程度。本发明专利技术只需要在各跨内设置测点，节省了监测传感器的用量，可对梁结构损伤进行准确定位与定量，应用于梁结构的损伤评估。损伤评估。损伤评估。

【技术实现步骤摘要】
基于挠度影响线Katz1分形维数的梁结构损伤识别方法


[0001]本专利技术涉及梁结构损伤检测
，特别涉及一种基于挠度影响线Katz1分形维数的梁结构损伤识别方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着我国的科技技术进步和社会迅速发展，交通变得越来越便利，而桥梁作为交通的咽喉，随着公路(铁路)里程的增加，桥梁数量也在飞速增加。桥梁的安全问题不仅与交通相关，更与社会的经济发展和人民生命安全紧密相连。一旦发生桥梁事故将会导致巨大的财产损失和人员伤亡，因此将会对社会产生一定的负面的影响。在桥梁服役期间，难免会因人为或自然因素的影响而出现部分桥梁结构损坏的状况，故需要对桥梁状态和性能进行检测，对损坏的结构或构件加固或替换以保证桥梁的健康状态。目前，用于结构损伤识别的主要方法有基于动力参数方法、静力参数的损伤识别方法、新型智能算法以及模型修正等，其中前两种在损伤识别的实际运用中较为常见。基于动力参数的方法，利用结构的柔度、阻尼和振型等因子来判断结构的损伤；基于静力参数的方法，通常是对结构施加静力荷载，然后根据支座反力、挠度和应变等因子来识别损伤。相较于基于动力参数的方法，基于静力参数的方法降低了对仪器精度要求，且受到外界因素的影响更小，而且在技术和设备方面也比较成熟；此外，基于静力参数的方法也被广泛的研究。
[0003]基于静力参数的结构损伤识别技术研究的大部分方法都只能实现损伤的定位或者实现损伤程度的定性，而不能实现损伤程度的定量。Katz分形维数在结构损伤识别研究中，由于公式本身复杂导致在求解和推导损伤定量上困难重重，而基于挠度影响线Katz1分形维数的梁结构损伤识别方法对Katz分形维数进行了修改，在拥有损伤前信息的前提下能够实现损伤的定量。随着传感器技术的进步，基于挠度影响线Katz1分形维数的梁结构损伤识别方法有望应用于结构的损伤识别中，目前，鲜见基于挠度影响线Katz1分形维数损伤识别相关的文献报道。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种算法简单、成本低的基于挠度影响线Katz1分形维数的梁结构损伤识别方法。
[0005]本专利技术解决上述问题的技术方案是：基于挠度影响线Katz1分形维数的梁结构损伤识别方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0006](1)在梁结构各跨设置挠度测点，通过对梁结构损伤前后施加移动荷载，获得各测点处的挠度影响线；
[0007](2)对损伤前后的挠度影响线作差并求Katz1分形维数，通过挠度影响线差的Katz1分形维数曲线上的突变进行损伤定位；
[0008]Katz分形维数FD计算方法为：
[0009][0010][0011][0012]式中，下标i、j为节点号，x
i
,y(x
i
)分别为曲线上i节点的x、y坐标值，d(x
i
,M)为滑动窗口内曲线上的第一个点与其他处在滑动窗口内点的直线距离最大值；L(x
i
,M)表示滑动窗口内线段的总长度；M表示滑动窗口的尺度，即滑动窗口内的点数；L(x
i
,M)＝N
×
l，其中l为滑动窗口内各相邻测点距离的平均距离，N为滑动窗口内平均距离数目；
[0013]Katz分形维数是以滑动窗口内第一个点为中心，而经修改后的Katz1分形维数以滑动窗口内第二个点为中心，其计算方法为：
[0014][0015][0016][0017]其中，s为调节坐标轴y和x单位的调节因子，s>0，其他变量含义和Katz分形维数中相同；
[0018](3)(a)若为简支梁结构，则通过损伤前后挠度影响线Katz1分形维数变化规律，进行整体的损伤程度定量；
[0019](b)若为超静定梁结构，则通过各测点损伤前后挠度影响线的Katz1分形维数叠加，进行整体的损伤程度定量；
[0020](4)为进一步获得损伤单元精准的损伤程度，可根据梁结构损伤前后挠度影响线Katz1分形维数变化规律进行损伤处损伤程度定量。
[0021]上述基于挠度影响线Katz1分形维数的梁结构损伤识别方法，步骤(2)中，损伤前后的挠度影响线作差并求Katz1分形维数的DL作为损伤定位指标，当M＝3时，DL为：
[0022][0023]当M＝4时，DL为：
[0024][0025]其中，n为节点数目，1号节点位于梁结构一端支座即移动荷载的起点，n号节点位于梁结构另一端支座即移动荷载的终点，节点数目连续，从1到n依次增加，m为某一节点号，当M＝3时，m∈[2,n
‑
1]，当M＝4时，m∈[2,n
‑
2]；
[0026]M＝3和M＝4时，在计算过程中有：
[0027][0028]其中，L(x
m
,M)和d(x
m
,M)中的y(x
m
)＝w
dm
‑
w
um
，下标d和u分别代表为损伤后和损伤前，x
m
为移动荷载作用在m节点时距离移动荷载起点的距离，w
m
为测点处相应的挠度值。
[0029]步骤(2)中，若为超静定梁结构，则结合各跨测点的DL结果来判断损伤的位置。
[0030]上述基于挠度影响线Katz1分形维数的梁结构损伤识别方法，步骤(3)(a)中，对简支梁结构，当M＝3时，梁结构整体的损伤程度定量指标De为：
[0031]De＝[De
2 De3ꢀ…ꢀ
De
m
ꢀ…ꢀ
De
n
‑
2 De
n
‑1]；
[0032]式中：De
m
为m节点处的结构损伤程度；为更好说明各损伤处的损伤程度计算方法提出i节点，i节点为损伤单元左侧节点；
[0033]对结构中间单元，损伤程度计算方法为：
[0034][0035]对结构边单元，即i＝1或i＝n
‑
1时，损伤程度的计算方法为：
[0036][0037]当M＝4时，整体的损伤程度定量指标De计算方法为：
[0038]De＝[De
2 De3ꢀ…ꢀ
De
m
ꢀ…ꢀ
De
n
‑
3 De
n
‑2]；
[0039]对结构中间单元，损伤程度计算方法和M＝3相同，但范围为(2≤m≤n
‑
2)；
[0040]对结构边单元，i＝1或i＝n
‑
1时，损伤程度计算方法为：
[0041][0042]其中，中y(x
m
)＝w
dm
，中y(x
m
)＝w
um
。
[0043]上述基于挠度影响线Katz1分形维数的梁结构损伤识别方法，步骤(3)(b)中，对超静定梁结构，整体的损伤程度定量指标本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于挠度影响线Katz1分形维数的梁结构损伤识别方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在梁结构各跨设置挠度测点，通过对梁结构损伤前后施加移动荷载，获得各测点处的挠度影响线；(2)对损伤前后的挠度影响线作差并求Katz1分形维数，通过挠度影响线差的Katz1分形维数曲线上的突变进行损伤定位；Katz分形维数FD计算方法为：Katz分形维数FD计算方法为：Katz分形维数FD计算方法为：式中，下标i、j为节点号，x
i
,y(x
i
)分别为曲线上i节点的x、y坐标值，d(x
i
,M)为滑动窗口内曲线上的第一个点与其他处在滑动窗口内点的直线距离最大值；L(x
i
,M)表示滑动窗口内线段的总长度；M表示滑动窗口的尺度，即滑动窗口内的点数；L(x
i
,M)＝N
×
l，其中l为滑动窗口内各相邻测点距离的平均距离，N为滑动窗口内平均距离数目；Katz分形维数是以滑动窗口内第一个点为中心，而经修改后的Katz1分形维数以滑动窗口内第二个点为中心，其计算方法为：心，其计算方法为：心，其计算方法为：其中，s为调节坐标轴y和x单位的调节因子，s>0，其他变量含义和Katz分形维数中相同；(3)(a)若为简支梁结构，则通过损伤前后挠度影响线Katz1分形维数变化规律，进行整体的损伤程度定量；(b)若为超静定梁结构，则通过各测点损伤前后挠度影响线的Katz1分形维数叠加，进行整体的损伤程度定量；(4)为进一步获得损伤单元精准的损伤程度，可根据梁结构损伤前后挠度影响线Katz1分形维数变化规律进行损伤处损伤程度定量。2.根据权利要求1所述的基于挠度影响线Katz1分形维数的梁结构损伤识别方法，其特征在于：步骤(2)中，损伤前后的挠度影响线作差并求Katz1分形维数的DL作为损伤定位指
标，当M＝3时，DL为：当M＝4时，DL为：其中，n为节点数目，1号节点位于梁结构一端支座即移动荷载的起点，n号节点位于梁结构另一端支座即移动荷载的终点，节点数目连续，从1到n依次增加，m为某一节点号，当M＝3时，m∈[2,n
‑
1]，当M＝4时，m∈[2,n
‑
2；]M＝3和M＝4时，在计算过程中有：其中，和中的y(x
m
)＝w
dm
‑
w
um
，下标d和u分别代表为损伤后和损伤前，x
m
为移动荷载作用在m节点时距离移动荷载起点的距离，w
m
为测点处相应的挠度值；步骤(2)中，若为超静定梁结构，则结合各跨测点的DL结果来判断损伤的位置。3.根据权利要求1所述的基于挠度影响线Katz1分形维数的梁结构损伤识别方法，其特征在于：步骤(3)(a)中，对简支...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐盛华，张佳奇，秦付倩，成鹏，刘宇翔，吴珍珍，康丁丁，方杰威，刘荣凯，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：