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一種基于長(zhǎng)標(biāo)距光纖應(yīng)變傳感器的中小橋梁快速檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于長(zhǎng)標(biāo)距光纖應(yīng)變傳感器的中小橋梁快速檢測(cè)方法，步驟如下：在中小橋梁主要受力構(gòu)件表面布置長(zhǎng)標(biāo)距光纖傳感器，然后通過(guò)加載沖擊力對(duì)橋面進(jìn)行沖擊激勵(lì)，在沖擊激勵(lì)過(guò)程中，通過(guò)所布置的光纖傳感器記錄橋梁動(dòng)應(yīng)變的時(shí)程數(shù)據(jù)并同時(shí)記錄沖擊力的時(shí)程數(shù)據(jù)；根據(jù)獲取的橋梁動(dòng)應(yīng)變和沖擊力的時(shí)程數(shù)據(jù)，識(shí)別得出結(jié)構(gòu)的應(yīng)變?nèi)岫戎凶R(shí)別得出結(jié)構(gòu)的應(yīng)變?nèi)岫染仃嚒１景l(fā)明方法不同于文獻(xiàn)中研究較多的針對(duì)加速度數(shù)據(jù)的處理方法，該發(fā)明方法針對(duì)所測(cè)量的長(zhǎng)標(biāo)距動(dòng)應(yīng)變，具體研究了基于長(zhǎng)標(biāo)距應(yīng)變測(cè)量的應(yīng)變?nèi)岫茸R(shí)別，通過(guò)沖擊振動(dòng)下長(zhǎng)標(biāo)距動(dòng)態(tài)應(yīng)變的測(cè)量，可識(shí)別得出結(jié)構(gòu)的應(yīng)變?nèi)岫冗M(jìn)行結(jié)構(gòu)的安全評(píng)估，這是國(guó)內(nèi)外首個(gè)針對(duì)應(yīng)變?nèi)岫茸R(shí)別的方法。
【專利說(shuō)明】 一種基于長(zhǎng)標(biāo)距光纖應(yīng)變傳感器的中小橋梁快速檢測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明為土建交通領(lǐng)域內(nèi)的一種基于長(zhǎng)標(biāo)距光纖應(yīng)變傳感器的中小型橋梁快速檢測(cè)方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)中小橋梁的及時(shí)準(zhǔn)確的安全評(píng)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(shí)可能遭受地震、臺(tái)風(fēng)等強(qiáng)大自然災(zāi)害的侵襲。因此對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行定期測(cè)試與診斷可有效減小結(jié)構(gòu)坍塌可能，避免災(zāi)難事故發(fā)生。近年來(lái)基于振動(dòng)測(cè)試的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)已逐漸應(yīng)用到土木工程實(shí)踐中。
[0003]加速度是土木工程現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中經(jīng)常測(cè)量的一種結(jié)構(gòu)反應(yīng)。它能夠用來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的模態(tài)分析和結(jié)構(gòu)識(shí)別。文獻(xiàn)中基于加速度測(cè)量的方法識(shí)別得出的是結(jié)構(gòu)的位移柔度矩陣，它能夠用來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)在某一個(gè)靜力作用下的位移反應(yīng)的預(yù)測(cè)，但不能用來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的應(yīng)變反應(yīng)的預(yù)測(cè)。位移和應(yīng)變是結(jié)構(gòu)反應(yīng)的兩個(gè)不同的指標(biāo)。結(jié)構(gòu)的應(yīng)變能夠反映結(jié)構(gòu)的局部受力特征，對(duì)結(jié)構(gòu)損傷的及時(shí)識(shí)別和健康服役至關(guān)重要。文獻(xiàn)中未有基于動(dòng)應(yīng)變識(shí)別結(jié)構(gòu)應(yīng)變?nèi)岫鹊娜魏螆?bào)道。
[0004]本發(fā)明提出了一種利用沖擊振動(dòng)測(cè)試和長(zhǎng)標(biāo)距光纖應(yīng)變傳感器的中小橋梁快速檢測(cè)方法，它采用沖擊荷載激勵(lì)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(yīng)變反應(yīng)，特別的是它通過(guò)所開發(fā)的核心算法從應(yīng)變測(cè)量數(shù)據(jù)中識(shí)別得出結(jié)構(gòu)的應(yīng)變?nèi)岫染仃囘M(jìn)行結(jié)構(gòu)的安全評(píng)估，這是它的獨(dú)特之處。該方法能夠確切可靠地評(píng)估所測(cè)試橋梁的安全狀況，具有廣泛應(yīng)用于中小橋梁快速測(cè)試和安全評(píng)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(wèn)題是針對(duì)上述的橋梁檢測(cè)現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供了一種通過(guò)處理橋梁動(dòng)應(yīng)變反應(yīng)數(shù)據(jù)識(shí)別結(jié)構(gòu)應(yīng)變?nèi)岫染仃嚨闹行蛄嚎焖贆z測(cè)的一種基于長(zhǎng)標(biāo)距光纖應(yīng)變傳感器的中小橋梁快速檢測(cè)方法。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下:
[0007]—種基于長(zhǎng)標(biāo)距光纖應(yīng)變傳感器的中小橋梁快速檢測(cè)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(zhǎng)標(biāo)距光纖傳感器，然后通過(guò)加載沖擊力對(duì)橋面進(jìn)行沖擊激勵(lì)，在沖擊激勵(lì)過(guò)程中，通過(guò)所布置的光纖傳感器記錄橋梁動(dòng)應(yīng)變的時(shí)程數(shù)據(jù)并同時(shí)記錄沖擊力的時(shí)程數(shù)據(jù)；
[0009]2)、根據(jù)獲取的橋梁動(dòng)應(yīng)變和沖擊力的時(shí)程數(shù)據(jù)，識(shí)別得出結(jié)構(gòu)的應(yīng)變?nèi)岫龋唧w過(guò)程如下:
[0010]21):以在結(jié)構(gòu)q點(diǎn)采集的沖擊力時(shí)程信號(hào)fq(t)和長(zhǎng)標(biāo)距單元m采集的動(dòng)應(yīng)變時(shí)程信號(hào)ε m(t)估算應(yīng)變頻響函數(shù):

【權(quán)利要求】
1.一種基于長(zhǎng)標(biāo)距光纖應(yīng)變傳感器的中小橋梁快速檢測(cè)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(zhǎng)標(biāo)距光纖傳感器，然后通過(guò)加載沖擊力對(duì)橋面進(jìn)行沖擊激勵(lì)，在沖擊激勵(lì)過(guò)程中，通過(guò)所布置的光纖傳感器記錄橋梁動(dòng)應(yīng)變的時(shí)程數(shù)據(jù)并同時(shí)記錄沖擊力的時(shí)程數(shù)據(jù)； 2)、根據(jù)獲取的橋梁動(dòng)應(yīng)變和沖擊力的時(shí)程數(shù)據(jù)，識(shí)別得出結(jié)構(gòu)的應(yīng)變?nèi)岫龋唧w過(guò)程如下: 21):以在結(jié)構(gòu)q點(diǎn)采集的沖擊力時(shí)程信號(hào)fq(t)和長(zhǎng)標(biāo)距單元m采集的動(dòng)應(yīng)變時(shí)程信號(hào)ε Jt)估算應(yīng)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(hào)； 22):對(duì)應(yīng)變頻響函數(shù)矩陣作奇異值分解以識(shí)別應(yīng)變模態(tài)振型: 在每個(gè)離散頻率點(diǎn)ω處對(duì)應(yīng)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(biāo)，奇異值矩陣S(co)對(duì)角線上的各個(gè)元素為縱坐標(biāo)，以對(duì)數(shù)尺度畫奇異值圖；拾取該圖中最高奇異值曲線的各個(gè)峰值點(diǎn)，峰值點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)頻率為結(jié)構(gòu)的自振頻率；在該橫坐標(biāo)頻率處，與最高奇異值曲線對(duì)應(yīng)的左奇異向量即為結(jié)構(gòu)的應(yīng)變振型向量，記識(shí)別出的某一階應(yīng)變振型向量用符號(hào)人5 ; 23):增強(qiáng)應(yīng)變頻響函數(shù)計(jì)算和基本模態(tài)參數(shù)識(shí)別: 以最高奇異值曲線的第r階峰值頻率處對(duì)應(yīng)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(yīng)變頻響函數(shù)矩陣Ηε (ω)，可得第r階增強(qiáng)應(yīng)變頻響函數(shù)eHE (ω^如下:
其中，Clr =(的)7’#, C2r = (tP^drv)TVr,啦為識(shí)別的第r階應(yīng)變振型向量，<drv為識(shí)別的第r階位移振型向量在力沖擊點(diǎn)處組成的子向量，Qr為第r階模態(tài)縮放系數(shù)； 通過(guò)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(gè)離散頻率點(diǎn)的eHE (ω)r(i = 1，2，...，k)，通過(guò)公式(4)由最小二乘法計(jì)算得出θΗε(ω)的分母多項(xiàng)式系數(shù)(a1; a0)和分子多項(xiàng)式系數(shù)(b2，b1； b0):
式中，+表示對(duì)矩陣作偽逆運(yùn)算；在通過(guò)公式(4)得出分母多項(xiàng)式系數(shù)(?,?)后，通過(guò)公式(5)計(jì)算得出系統(tǒng)極點(diǎn)Y"
然后，可由式(6)計(jì)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(jì)算: 從式(3)中計(jì)算模態(tài)縮放系數(shù)的倒數(shù)Mto: M4r = ~ 取與計(jì)算增強(qiáng)應(yīng)變頻響函數(shù)相同的k個(gè)離散頻率點(diǎn)的eHE (Coi)Ji = 1，2，...，k)，由最小二乘法可得:
25):改進(jìn)的共軛梁法由識(shí)別的長(zhǎng)標(biāo)距應(yīng)變振型計(jì)算結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)位移振型: 取共軛梁的分布荷載力為識(shí)別的單元m的第r階長(zhǎng)標(biāo)距應(yīng)變振型，hm為單元m的中性軸高度，則節(jié)點(diǎn)i的第r階位移振型為
式中，L為梁的總長(zhǎng)，Lj為梁第j個(gè)長(zhǎng)標(biāo)距單元的長(zhǎng)度； 26):結(jié)構(gòu)的應(yīng)變?nèi)岫染仃囉?jì)算:
其中F￡為計(jì)算得出的應(yīng)變?nèi)岫染仃嚕缀蜕賨分別為結(jié)構(gòu)的第r階應(yīng)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(diǎn):
和ξ ^分別為識(shí)別得出的第r階模態(tài)頻率和阻尼系數(shù)，凡為所識(shí)別的模態(tài)數(shù)，T為矩陣轉(zhuǎn)置符號(hào)，*為共軛符號(hào)。
【文檔編號(hào)】G01M7/08GK104198144SQ201410464807
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)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(qǐng)人:東南大學(xué)