一种桥梁影响线动态测试方法技术

本发明专利技术涉及一种桥梁影响线动态测试方法；属于土木工程应用技术领域。本发明专利技术首先构建由多项式f1(x)和可调幅正弦波f2(x)组成的混合函数f(x)＝f1(x)+f2(x)，然后通过实验测得测试点的响应，经反算法求得单位移动荷载作用下该测点的动力响应{re}；最后用混合函数f(x)对所得单位移动荷载过桥测点动力响应{re}进行最小二乘拟合，分离并提取相应的桥梁影响线。本发明专利技术解决了现有桥梁影响线动态测试方法存在的所得影响线存在幅值或形状等方面的失真等难题，获取了精度高且更能反映实际的桥梁影响线。

【技术实现步骤摘要】
一种桥梁影响线动态测试方法
本专利技术涉及一种桥梁影响线动态测试方法；属于土木工程应用

技术介绍
桥梁影响线反应桥梁在移动单位荷载作用下的静态特性，它与频率、振型类似同为重要的特征参数，测试实际桥梁结构影响线在桥梁检测、监测、评估等方面都很有必要。基于车辆过桥实验的影响线动态测试方法较静载试验而言具有测试效率高、测试数据信息量大等优点。现有影响线动态测试方法的过程一般为：首先，选定测试点，测试车辆过桥产生的该点动力响应；然后对测试所得该点动力响应进行归一化反算处理，得出相应测点在移动单位荷载作用下的响应，但该响应一般受桥梁振动等干扰因素影响明显；接着采用带通滤波法或分段多项式拟合法或移动平均等方法去除振动干扰，得到桥梁影响线。带通滤波法操作简单，虽然能一定程度上去除桥梁振动干扰影响，但同时也导致影响线整体幅度及峰值等有用信息损失。多项式拟合法给出了影响线的描述模式，由于只针对部分信号进行研究，做法以偏概全，尤其对于振动干扰明显的情况容易导致影响线形状失真。移动平均法通过取一个振动周期数据的均值来替代中心点数据，相较滤波而言不会导致有效幅值的损失，但对于首、末端数据则需添加虚构点来填充长度，且移动平均方法不可避免地减小峰值点及其附近幅值。
技术实现思路
本专利技术针对现有桥梁影响线动态测试方法存在的所得影响线存在幅值或形状等方面的失真，使得测试结果与实际曲线存在偏差，甚至得不到理想影响线特征曲线等问题，提供一种新的实桥影响线动态测试方法，以获取精度高且更能反映实际的桥梁影响线。本专利技术一种桥梁影响线动态测试方法，包括下述步骤：步骤一：混合函数构建构建由多项式函数f1(x)和可调幅正弦波所对应的函数f2(x)组成的混合函数f(x)＝f1(x)+f2(x)；所述f1(x)表示准静态趋势项、所述f2(x)表示动态波动部分；步骤二：动态标定测试采用已知轴重、轴距和轴数的车辆，从的桥梁一端上桥并以匀速v过桥，以频率f进行采样，得到桥上测点动力响应；所述动力响应包括动应变、动挠度；步骤三：归一化反算以步骤二所得测点动力响应为基础，通过反算法求得单位移动荷载作用下该测点的动力响应；步骤四：影响线提取采用步骤一所得混合函数f(x)对步骤三所得单位移动荷载过桥测点动力响应，进行最小二乘拟合，得出f1(x)、f2(x)中各项的系数；然后将f1(x)中各项的系数带入f1(x)中，得到f1(x)的具体表达式，该具体表达式即为测点的桥梁影响线。本专利技术一种桥梁影响线动态测试方法，当所述桥梁影响线为桥梁的应变影响线时，其动态测试方法包括下述步骤：步骤一：混合函数构建由于桥梁可分为A、B两端，选定A端为参照端，且A端为车辆上桥端，定义测点与A端的距离为a构建由多项式f1(x)和可调幅正弦波f2(x)组成的混合函数f(x)＝f1(x)+f2(x)；所述f1(x)表示准静态趋势项、所述f2(x)表示动态波动部分；所述混合函数拟合应变响应时，f1(x)和f2(x)分别如下：式(1)中Lb表示桥梁跨度，a表示测点到桥梁A端的距离，x单位荷载在桥上移动过程中，荷载到桥梁A端的距离，为变量，取值(0，Lb)；a0、a1、a2、a3、b0、b1、b2、b3为参数，且a3＝b3，a2＝b2，(a1－b1)/(a0－b0)＝－a；f2(x)＝(c2x2+c1x+c0)sin(wx/v)(2)式(2)中w表示桥梁竖向振动基频，通过测试得到，v表示车辆行驶速度，x单位荷载在桥上移动过程中，荷载到桥梁A端的距离，为变量，取值(0，Lb)，与(1)式中x取值同步，c0、c1、c2为参数；步骤二：动态标定测试采用已知轴重、轴距和轴数的车辆，从步骤一中定义的桥梁A端上桥并以匀速v过桥，以频率f进行采样，得到桥上测点动力响应；定义第1轴轴重为g1、第2轴轴重为g2、依次类推，第n轴轴重为gn，第i轴与第1轴的距离为li，i取值范围(1,2,...,n)，其中l1＝0，所述n代表轴数，所述动力响应为动应变响应；步骤三：归一化反算以步骤二所得测点动力响应为基础，通过反算法求得单位移动荷载作用下该测点的动力响应，所述反算法的过程具体如下：桥梁测点实际动力响应可由单位移动荷载作用下动力响应按式(3)进行叠加得到，式(3)中{r}表示测点实际动力响应，且{r}是行数为K的向量；{re}表示单位移动荷载作用下测点的动力响应，且{re}是行数为P的向量；gi表示第i轴轴重，为已知量；[Mi]K,P表示与第i轴对应的转换矩阵，其表达为式(4),式(4)中Pi＝li/v×f，P＝Lb/v×f，Pn＝ln/v×f，K＝P+Pn，Pi、P、Pn按照四舍五入取整数，其中：Lb表示桥梁跨度，v表示车辆行驶速度，f表示采样频率，li表示第i轴与第1轴距离，根据式(3)-(4)求解{re}，过程如下：定义误差函数E式(5)中k表示动力响应离散点，取值(0，K)，rk表示向量{r}第k行的取值，误差函数E对{re}求偏导后取值为0，得到式(6)简化式(6)得式(7)令式(7)中则：{re}＝[W]-1[Φ](8)步骤四：影响线提取采用步骤一所得混合函数f(x)对步骤三所得单位移动荷载过桥测点动力响应{re}进行最小二乘拟合，分离并提取相应的桥梁影响线，其具体过程如下：求解f(x)中各项参数定义误差函数P表示影响线向量离散点数，E′取值最小时，化简得[Q]×{α}＝{re}，其中：{α}＝{a3,a2,a1,a0,b1,b0,c2,c1,c0}T其中：w表示桥梁竖向振动基频；v表示车辆行驶速度；x1，x2，x3，……，xP是对桥长Lb的离散，取值(0，Lb)；1，2，3，……，P表示离散点编号；P表示离散点总数；Pa表示测点x＝a处对应的离散点编号不仅如此，对于分段多项式还需考虑其约束条件和分段处连续性，在计算过程中，令a1－aa0－b1+ab0＝0(10)xPa3a3+xPa2a2+xPaa1+a0－xPa3b3－xPa2b2－xPab1－b0＝0(11)上述式(10)-(11)的矩阵形式为：简写为[Q0]×{α}＝{0}(13)综合以上分析可得：结合带权重的最小二乘拟合得到系数项{α}，即求解出步骤一中f1(x)参数a0、a1、a2、a3、b0、b1、b2、b3和f2(x)参数c0、c1、c2，将所求参数a0、a1、a2、a3、b0、b1、b2、b3代入f1(x)，c0、c1、c2代入f2(x)，得到拟合函数f(x)，并分离准静态趋势项和动态干扰，去除拟合函数中桥梁振动干扰的影响，即得到该测试点影响线IL，IL＝f1(x)。本专利技术一种桥梁影响线动态测试方法，所述频率f的取值为50-200Hz。可用于桥梁所有影响线的测试，尤其是适用于试应变影响线、挠度影响线的动态测试。原理与优势本专利技术提出一种基于动态测试的桥梁影响线混合函数拟合提取方法，为现有桥梁结构影响线特征曲线的获取提供一种测试精度高、通用性强、能获取数据信息量大且方便快捷的方法。经专利技术人大量实验发现，实测车辆通过时桥梁测点动力响应一般由荷载效应(准静态趋势项)、桥梁振动(波动部分)和测试噪音三部分组成。相应地，根据动力响应反算得到的测点在单位移动荷载作用下响应也包含准静态趋势项、波动部分和噪音，而前两者是组成响应信号的主体。本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种桥梁影响线动态测试方法，其特征在于：包括下述步骤：步骤一：混合函数构建构建由多项式函数f1(x)和可调幅正弦波函数f2(x)组成的混合函数f(x)＝f1(x)+f2(x)；所述f1(x)表示准静态趋势项、所述f2(x)表示动态波动部分；步骤二：动态标定测试采用已知轴重、轴距和轴数的车辆，从桥梁一端上桥并以匀速v过桥，以频率f进行采样，得到桥上测点动力响应；所述动力响应包括动应变、动挠度；步骤三：归一化反算以步骤二所得测点动力响应为基础，通过反算法求得单位移动荷载作用下该测点的动力响应；步骤四：影响线提取采用步骤一所得混合函数f(x)对步骤三所得单位移动荷载过桥测点动力响应，进行最小二乘拟合，得出f1(x)、f2(x)中各项的系数；然后将f1(x)中各项的系数带入f1(x)中，得到f1(x)的具体表达式，即为测点的桥梁影响线。

【技术特征摘要】
1.一种桥梁影响线动态测试方法，其特征在于：当所述桥梁影响线为桥梁的应变影响线时，其动态测试方法包括下述步骤：步骤一：混合函数构建由于桥梁可分为A、B两端，选定A端为参照端，且A端为车辆的上桥端，定义测点与A端的距离为a；构建由多项式f1(x)和可调幅正弦波f2(x)组成的混合函数f(x)＝f1(x)+f2(x)；所述f1(x)表示准静态趋势项、所述f2(x)表示动态波动部分；所述混合函数拟合应变响应时，f1(x)和f2(x)分别如下：式(1)中Lb表示桥梁跨度，a表示测点到桥梁A端的距离，x表示单位荷载在桥上移动过程中，荷载到桥梁A端的距离，为变量，取值(0，Lb)；a0、a1、a2、a3、b0、b1、b2、b3为参数，且a3＝b3，a2＝b2，(a1－b1)/(a0－b0)＝－a；f2(x)＝(c2x2+c1x+c0)sin(wx/v)(2)式(2)中w表示桥梁竖向振动基频，通过测试得到，v表示车辆行驶速度，x表示单位荷载在桥上移动过程中，荷载到桥梁A端的距离，为变量，取值(0，Lb)，与(1)式中x取值同步，c0、c1、c2为参数；步骤二：动态标定测试采用已知轴重、轴距和轴数的车辆，从步骤一中定义的桥梁A端上桥并以匀速v过桥，以频率f进行采样，得到桥上测点动力响应；定义第1轴轴重为g1、第2轴轴重为g2、依次类推，第n轴轴重为gn，第i轴与第1轴的距离为li，i取值(1,2,...,n)，其中l1＝0，所述n代表轴数，所述动力响应为动应变响应；步骤三：归一化反算以步骤二所得测点动力响应为基础，通过反算法求得单位移动荷载作用下该测点的动力响应，所述反算法的过程具体如下：桥梁测点实际动力响应可由单位移动荷载作用下动力响应按式(3)进行叠加得到，式(3)中{r}表示测点实际动力响应，且{r}是行数为K的向量；{re}表示单位移动荷载作用下测点的动力响应，且{re}是行数为P的向量；gi表示第i轴轴重，为已知量；[Mi]K,P表示与第i轴对应的转换矩阵，其表达为式(4),式(4)中Pi＝li/v*f，P＝Lb/v*f，Pn＝ln/v*f，K＝P+Pn，Pi、P、Pn按照四舍五入取整数，其中：Lb表示桥梁跨度，v表示车辆行驶速度，f表示采样频率，li表示第i轴和第1轴的距离，根据式(3)-(4)求解{re}，过程如下：定义误差函数E式(5)中k表示动力响应离散点，取值(0，K)，rk表示向量{r}第k行的取值，误差函数E对{re}求偏导后取值为0，得到式(6)简化式(6)得式(7)

【专利技术属性】
技术研发人员：王宁波，闫斌，何立翔，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43