一種基于長標距光纖應變傳感器的中小橋梁快速檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于長標距光纖應變傳感器的中小橋梁快速檢測方法，步驟如下：在中小橋梁主要受力構(gòu)件表面布置長標距光纖傳感器，然后通過加載沖擊力對橋面進行沖擊激勵，在沖擊激勵過程中，通過所布置的光纖傳感器記錄橋梁動應變的時程數(shù)據(jù)并同時記錄沖擊力的時程數(shù)據(jù)；根據(jù)獲取的橋梁動應變和沖擊力的時程數(shù)據(jù)，識別得出結(jié)構(gòu)的應變?nèi)岫戎凶R別得出結(jié)構(gòu)的應變?nèi)岫染仃嚒１景l(fā)明方法不同于文獻中研究較多的針對加速度數(shù)據(jù)的處理方法，該發(fā)明方法針對所測量的長標距動應變，具體研究了基于長標距應變測量的應變?nèi)岫茸R別，通過沖擊振動下長標距動態(tài)應變的測量，可識別得出結(jié)構(gòu)的應變?nèi)岫冗M行結(jié)構(gòu)的安全評估，這是國內(nèi)外首個針對應變?nèi)岫茸R別的方法。
【專利說明】 一種基于長標距光纖應變傳感器的中小橋梁快速檢測方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明為土建交通領域內(nèi)的一種基于長標距光纖應變傳感器的中小型橋梁快速檢測方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對中小橋梁的及時準確的安全評估以避免橋梁坍塌等事故發(fā)生。
【背景技術(shù)】
[0002]土木工程結(jié)構(gòu)如橋梁等在自然環(huán)境與使用荷載下性能逐漸退化，而且又隨時可能遭受地震、臺風等強大自然災害的侵襲。因此對土木工程結(jié)構(gòu)進行定期測試與診斷可有效減小結(jié)構(gòu)坍塌可能，避免災難事故發(fā)生。近年來基于振動測試的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與診斷技術(shù)已逐漸應用到土木工程實踐中。
[0003]加速度是土木工程現(xiàn)場試驗中經(jīng)常測量的一種結(jié)構(gòu)反應。它能夠用來進行相應的模態(tài)分析和結(jié)構(gòu)識別。文獻中基于加速度測量的方法識別得出的是結(jié)構(gòu)的位移柔度矩陣，它能夠用來進行結(jié)構(gòu)在某一個靜力作用下的位移反應的預測，但不能用來進行結(jié)構(gòu)的應變反應的預測。位移和應變是結(jié)構(gòu)反應的兩個不同的指標。結(jié)構(gòu)的應變能夠反映結(jié)構(gòu)的局部受力特征，對結(jié)構(gòu)損傷的及時識別和健康服役至關重要。文獻中未有基于動應變識別結(jié)構(gòu)應變?nèi)岫鹊娜魏螆蟮馈?br>
[0004]本發(fā)明提出了一種利用沖擊振動測試和長標距光纖應變傳感器的中小橋梁快速檢測方法，它采用沖擊荷載激勵橋梁，采用分布式光纖傳感器精確記錄沖擊荷載下結(jié)構(gòu)的應變反應，特別的是它通過所開發(fā)的核心算法從應變測量數(shù)據(jù)中識別得出結(jié)構(gòu)的應變?nèi)岫染仃囘M行結(jié)構(gòu)的安全評估，這是它的獨特之處。該方法能夠確切可靠地評估所測試橋梁的安全狀況，具有廣泛應用于中小橋梁快速測試和安全評估的良好前景。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述的橋梁檢測現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供了一種通過處理橋梁動應變反應數(shù)據(jù)識別結(jié)構(gòu)應變?nèi)岫染仃嚨闹行蛄嚎焖贆z測的一種基于長標距光纖應變傳感器的中小橋梁快速檢測方法。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下:
[0007]—種基于長標距光纖應變傳感器的中小橋梁快速檢測方法，其特征在于，步驟如下:
[0008]I)、在中小橋梁主要受力構(gòu)件表面布置長標距光纖傳感器，然后通過加載沖擊力對橋面進行沖擊激勵，在沖擊激勵過程中，通過所布置的光纖傳感器記錄橋梁動應變的時程數(shù)據(jù)并同時記錄沖擊力的時程數(shù)據(jù)；
[0009]2)、根據(jù)獲取的橋梁動應變和沖擊力的時程數(shù)據(jù)，識別得出結(jié)構(gòu)的應變?nèi)岫?，具體過程如下:
[0010]21):以在結(jié)構(gòu)q點采集的沖擊力時程信號fq(t)和長標距單元m采集的動應變時程信號ε m(t)估算應變頻響函數(shù):
【權(quán)利要求】
1.一種基于長標距光纖應變傳感器的中小橋梁快速檢測方法，其特征在于，步驟如下: 1)、在中小橋梁主要受力構(gòu)件表面布置長標距光纖傳感器，然后通過加載沖擊力對橋面進行沖擊激勵，在沖擊激勵過程中，通過所布置的光纖傳感器記錄橋梁動應變的時程數(shù)據(jù)并同時記錄沖擊力的時程數(shù)據(jù)； 2)、根據(jù)獲取的橋梁動應變和沖擊力的時程數(shù)據(jù)，識別得出結(jié)構(gòu)的應變?nèi)岫?，具體過程如下: 21):以在結(jié)構(gòu)q點采集的沖擊力時程信號fq(t)和長標距單元m采集的動應變時程信號ε Jt)估算應變頻響函數(shù):
式中，F(xiàn)q(GJ)為fq(t)的傅里葉變換，Xm(O)為em(t)的傅里葉變換，*為共軛符號； 22):對應變頻響函數(shù)矩陣作奇異值分解以識別應變模態(tài)振型: 在每個離散頻率點ω處對應變頻響函數(shù)矩陣Ηε (ω)作如下的奇異值分解，得左奇異向量矩陣『(《)、右奇異向量矩陣ν(ω)和奇異值矩陣S(co): Ηε (ω) = Ue (ω)8(ω)ν(ω)τ(2) 以離散的頻率變量ω為橫坐標，奇異值矩陣S(co)對角線上的各個元素為縱坐標，以對數(shù)尺度畫奇異值圖；拾取該圖中最高奇異值曲線的各個峰值點，峰值點處對應的橫坐標頻率為結(jié)構(gòu)的自振頻率；在該橫坐標頻率處，與最高奇異值曲線對應的左奇異向量即為結(jié)構(gòu)的應變振型向量，記識別出的某一階應變振型向量用符號人5 ; 23):增強應變頻響函數(shù)計算和基本模態(tài)參數(shù)識別: 以最高奇異值曲線的第r階峰值頻率處對應的左奇異向量的轉(zhuǎn)置(的)7’和右奇異向量I為加權(quán)向量，分別左乘和右乘公式(I)得出的應變頻響函數(shù)矩陣Ηε (ω)，可得第r階增強應變頻響函數(shù)eHE (ω^如下:
其中，Clr =(的)7’#, C2r = (tP^drv)TVr,啦為識別的第r階應變振型向量，<drv為識別的第r階位移振型向量在力沖擊點處組成的子向量，Qr為第r階模態(tài)縮放系數(shù)； 通過公式(3)得出eHE (?匕后，在最高奇異值曲線的第r階峰值頻率附近取k個離散頻率點的eHE (ω)r(i = 1，2，...，k)，通過公式(4)由最小二乘法計算得出θΗε(ω)的分母多項式系數(shù)(a1; a0)和分子多項式系數(shù)(b2，b1； b0):
式中，+表示對矩陣作偽逆運算；在通過公式(4)得出分母多項式系數(shù)(?,?)后，通過公式(5)計算得出系統(tǒng)極點Y"
然后，可由式(6)計算得出結(jié)構(gòu)的第r階自振頻率和阻尼比Ir
24):模態(tài)縮放系數(shù)計算: 從式(3)中計算模態(tài)縮放系數(shù)的倒數(shù)Mto: M4r = ~ 取與計算增強應變頻響函數(shù)相同的k個離散頻率點的eHE (Coi)Ji = 1，2，...，k)，由最小二乘法可得:
25):改進的共軛梁法由識別的長標距應變振型計算結(jié)構(gòu)節(jié)點位移振型: 取共軛梁的分布荷載力為識別的單元m的第r階長標距應變振型，hm為單元m的中性軸高度，則節(jié)點i的第r階位移振型為
式中，L為梁的總長，Lj為梁第j個長標距單元的長度； 26):結(jié)構(gòu)的應變?nèi)岫染仃囉嬎?
其中F￡為計算得出的應變?nèi)岫染仃?，ψ和少z分別為結(jié)構(gòu)的第r階應變振型向量和位移振型向量，Y r為結(jié)構(gòu)的第r階系統(tǒng)極點:
和ξ ^分別為識別得出的第r階模態(tài)頻率和阻尼系數(shù)，凡為所識別的模態(tài)數(shù)，T為矩陣轉(zhuǎn)置符號，*為共軛符號。
【文檔編號】G01M7/08GK104198144SQ201410464807
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月12日
【發(fā)明者】張建, 吳智深, 郭雙林, 李攀杰 申請人:東南大學
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