一种使用从移动车辆响应提取的振型进行板梁桥铰缝损伤检测的方法技术

本发明专利技术属于桥梁检测的技术领域，提供了一种使用从移动车辆响应提取的振型进行板梁桥铰缝损伤检测的方法，步骤如下：首先，通过正弦扫频测试获得桥梁的前几阶自振频率。其次，确定在检测过程中固定激励车的激励参数，包括激励的幅值和频率。然后，固定激励车放置在桥梁跨中的边部对桥梁进行激振，另一辆车沿着行驶路径匀速移动并采集车辆加速度。接着，使用希尔伯特变换从滤波后的车辆加速度中提取桥梁振型。最后，利用基于振型曲率的损伤指标确定铰缝损伤位置。利用固定激励车激发桥梁的振动，通过移动车辆的加速度响应得到的桥梁振型就可实现装配式板梁桥铰缝损伤的快速定位。就可实现装配式板梁桥铰缝损伤的快速定位。就可实现装配式板梁桥铰缝损伤的快速定位。

【技术实现步骤摘要】
一种使用从移动车辆响应提取的振型进行板梁桥铰缝损伤检测的方法


[0001]本专利技术属于桥梁检测的
，涉及基于振动的装配式板梁桥铰缝损伤检测方法。

技术介绍

[0002]装配式板梁桥由多个并排布置的预制混凝土空心板梁组成，是小跨径桥梁的主要形式。相邻空心板梁之间通过铰缝横向连接。铰缝的纵向开裂是装配式板梁桥的主要病害。铰缝损伤会削弱桥梁整体性，进一步降低桥梁承载力。目视检查是目前检查土木工程结构病害的常规方法，检查员根据外观对结构进行主观的评估。铰缝损伤属于桥梁隐蔽病害，即使铰缝的开裂高度达到截面高度的一半，目视检查也很难发现。通常铰缝局部产生贯穿裂缝，桥面的水沿着裂缝渗漏到桥底。在上述情况下目视检查可以发现铰缝损伤，但此时铰缝损伤已威胁到桥梁安全，且桥梁维修成本巨大。如果在铰缝开裂高度达到截面高度的一半时就可以检测到铰缝损伤，这对于保证装配式空心板桥的结构安全和及时维修具有重要意义。各种无损技术可以提供有关结构缺陷的详细信息，但大多数无损检测技术需要数据分析、解释等方面的专业知识。
[0003]除了上述视觉检测和无损检测技术外，基于振动的损伤检测方法也得到了广泛深入的研究，并提出了许多损伤检测算法和指标。基于振动的方法可以进一步分为直接测量和间接测量。直接测量方法是利用传感器测量结构的响应，获得固有频率、振型和阻尼比等模态参数，结构损伤会导致模态参数发生变化。基于移动车辆响应的间接方法只需要在试验车辆上安装一个或几个振动传感器即可获得桥梁的模态参数。与直接测量方法相比，间接方法具有经济和高效等优点。根据激励的特点，间接法又可分为非主动激励法和主动激励法。其中非主动激励法如下：杨永斌从一辆移动车辆的响应中提取桥梁的前三阶频率。之后，杨永斌通过希尔伯特变换获得车辆加速度的瞬时幅度用于估计桥梁振型。简旭东提出了一个由三辆试验车和一辆重型卡车组成的模型，并通过小波分析从相邻试验车的加速度的来识别桥梁振型。主动激励法如下：张尧提出从一辆安装有激振器的移动车辆的响应中提取结构的振型平方。目前间接方法的研究主要集中在模态振型的提取上，很少有利用提取的振型进行损伤检测的研究。这是因为当前方法提取的振型的准确性较低，难以进一步进行损伤检测。在非主动激励方法中，桥梁振动是由卡车和检测车辆的运动引起的。由于激励能量和带宽的限制，只能提取到前三阶振型，且路面不平顺对提取结果影响很大。在主动激励方法通过控制安装在车辆上的激振可提取更高阶振型，但由于激振器输入能量的限制，适用于中小跨径桥梁的检测。
[0004]装配式板梁桥属于小跨度桥梁，其跨度为8
‑
20m，该类型桥梁的高阶振型对铰缝损伤较为敏感。因此，主动激励方法适用于该类型桥梁。张尧提出的主动激励法中，一辆移动车辆同时起到主动激励和加速度采集的作用。由于激励位置不断变化，桥梁一直处于非稳态受迫振动状态。提取的振型平方与理论计算存在较大误差，无法用于进一步的损伤检测。
综上所述，如何从移动车辆的响应中提取精确振型对装配式板梁桥的铰缝损伤检测具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在提供一种新的装配式板梁桥铰缝损伤检测方法，解决桥梁检测过程中的铰缝损伤的快速定位问题。
[0006]本专利技术的技术方案：提出了装配式板梁桥铰缝损伤检测的程序。首先，通过正弦扫频测试获得桥梁的前几阶自振频率。其次，确定在检测过程中固定激励车的激励参数，包括激励的幅值和频率。然后，固定激励车放置在桥梁跨中的边部对桥梁进行激振，另一辆车沿着行驶路径匀速移动并采集车辆加速度。接着，使用希尔伯特变换从滤波后的车辆加速度中提取桥梁振型。最后，利用基于振型曲率的损伤指标确定铰缝损伤位置。
[0007]一种使用从移动车辆响应提取的振型进行板梁桥铰缝损伤检测的方法，步骤如下：
[0008]第一步，正弦扫频测试获得桥梁的前几阶自振频率
[0009]装有便携式激振器的激励车辆被放置在桥梁跨中的边缘，另一辆移动车辆紧靠激励车放置并保持静止。正弦扫频测试由安装在激励车辆上的激振器执行，同时安装在另一辆车上的传感器采集加速度。正弦扫频的频率范围为1Hz
‑
50Hz，扫频周期为10s
‑
20s，选择激振器所能提供的最大激振力作为激励幅值。桥梁的自振频率从车辆加速度的自功率谱获得；
[0010]第二步，确定在检测过程中固定激励车的激励参数
[0011]安装在固定激励车上的激振器产生正弦激励来激发桥梁振动。激励参数包括激励幅值和频率：选择激振器所能提供的最大激振力作为激励幅值。激励频率选择第一步中由自功率谱获得的对铰缝损伤敏感的第三阶和第四阶自振频率；
[0012]第三步，在固定激励车的激振下，另一辆车沿着行驶路径匀速移动并采集车辆加速度
[0013]首先，选择第三阶自振频率作为激励参数，固定激励车辆工作不小于4s使桥梁达到稳态受迫振动。然后，将桥梁跨中的横桥向作为行驶路径，移动车辆沿行驶路径匀速移动以完成加速度采集，车速为0.5m/s
‑
1.5m/s。接着，选择第四阶自振频率作为激励参数，固定激励车辆工作不小于4s使桥梁再次达到稳态受迫振动。车辆沿着与之前行驶路径相反的方向匀速移动再次完成加速度采集；
[0014]第四步，使用希尔伯特变换从滤波后的车辆加速度中提取桥梁振型
[0015]首先，对采集的加速度进行窄带滤波以减小路面粗糙度对振型提取的不利影响。窄带滤波的中心频率是激励车的激励频率。窄带滤波的上限取中心频率加15％
‑
20％，窄带滤波的下限取中心频率减15％
‑
20％。然后，利用希尔伯特变换提取滤波后加速度的瞬时幅值，得到桥梁振型；
[0016]第五步，利用基于振型曲率的损伤指标确定铰缝损伤位置
[0017]首先，通过第四步提取到的振型的二阶中心差分得到损伤桥梁的振型曲率。然后，通过对损伤桥梁的振型曲率进行多项式拟合，得到健康结构的曲率振型。未损伤桥梁的第i阶模态的振型曲率可拟合为如下形式：
[0018][0019]其中，C
k
是多项式拟合计算出的系数；m为多项式拟合的阶数，m取为4。最后，损伤指标可以定义为振型曲率差的绝对值。
[0020]DI
ij
＝|φ
ij,d
‑
φ
ij,u
|
[0021]其中，φ
ij,d
和φ
ij,u
为损伤桥梁和未损伤桥梁的第i阶模态在测点j处的振型曲率。
[0022]本专利技术的有益效果：利用固定激励车激发桥梁的振动，通过移动车辆的加速度响应得到的桥梁振型就可实现装配式板梁桥铰缝损伤的快速定位。固定激励车可激发桥梁特定阶次模态的振动，并使桥梁处于稳态受迫振动的状态；移动车辆的加速度响应获取容易，并从车辆的加速度中可获得精确的桥梁振型。
附图说明
[0023]图1是装配式板梁桥检测示意图；
[0024]图2是装配式板梁桥的横本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种使用从移动车辆响应提取的振型进行板梁桥铰缝损伤检测的方法，其特征在于，步骤如下：(1)通过正弦扫频测试获得桥梁的前几阶自振频率：装有便携式激振器的激励车辆被放置在桥梁跨中的边缘，另一辆移动车辆紧靠激励车辆放置并保持静止；正弦扫频测试由安装在激励车辆上的激振器执行，同时安装在另一辆移动车辆上的传感器采集加速度；正弦扫频的频率范围为1Hz
‑
50Hz，扫频周期为10s
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20s，选择激振器所能提供的最大激振力作为激励幅值；桥梁的自振频率从车辆加速度的自功率谱获得；(2)确定在检测过程中固定激励车辆的激励参数：安装在固定激励车辆上的激振器产生正弦激励来激发桥梁振动；激励参数包括激励幅值和频率；选择激振器所能提供的最大激振力作为激励幅值；激励频率选择第一步中由自功率谱获得的对铰缝损伤敏感的第三阶和第四阶自振频率；(3)在固定激励车的激振下，另一辆移动车辆沿着行驶路径匀速移动并采集车辆加速度：首先，选择第三阶自振频率作为激励参数，固定激励车辆工作不小于4s使桥梁达到稳态受迫振动；然后，将桥梁跨中的横桥向作为行驶路径，移动车辆沿行驶路径匀速移动以完成加速度采集，车速为0.5m/s
‑
1.5m/s；接着，选择第四阶自振频率作为激励参数，固定激励车辆工作...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊廷华，张锏，曲春绪，李宏男，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：