一种基于微波雷达装置的桥梁分块冲击振动检测方法及检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于微波雷达装置的桥梁分块冲击振动检测方法及检测装置，其中检测方法步骤为：将桥梁划分为个子结构，并在每个子结构上设置冲击力输入点和位移输出点；依次在桥梁分块子结构上的冲击力输入点上作用于冲击力，同步采用微波雷达装置采集子结构位移输出节点的位移时程数据；求子结构频响函数；根据各子结构的频响函数，识别各子结构的模态参数；构建结构的MAC矩阵，识别各子结构前k阶模态振型方向系数；采用自适应遗传算法，识别各子结构全部阶的模态振型方向系数；全结构的柔度矩阵计算和挠度预测。本发明专利技术能切实实现低成本、高效率的桥梁结构输入力已知的振动测试，以推广应用于桥梁结构的检测与安全普查。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微波干涉测量技术与桥梁健康监测领域，特别的是涉及一种桥梁结构分块振动测试的检测方法及检测装置。
技术介绍
中国目前正处于新型城镇化和工业化快速发展时期，基础建设投资以占国民生产总值约15％-20％的比例稳步上升，大批重大基础设施已完成或正在建设。另一方面，我国目前危桥超过9万座。在2007-2012年内，全国共有37座桥梁垮塌，其中13座在建桥梁发生事故，共致使182人丧生，177人受伤。平均每年有7.4座“夺命桥”，即平均不到两个月就会有一起事故发生。仅“十一五”期间，每年需要检测维修的桥梁数量，约占公路路网桥梁总数的15％，尤其是2006、2007两年统计农村公路后，危桥的数量及其所占比例均有大幅上升。国家桥梁维护诊断市场巨大，但传统方法以人工为主费工费时的现状，迫切需要简便快捷的桥梁快速评估方法。结构健康监测技术在经过近三十年的发展后已逐渐应用到众多土木工程结构的安全诊断与日常维护中。环境振动测试为现有结构健康监测的主要手段，它利用风荷载和车流等自然条件激励桥梁，相对于人工激振测试具有操作方便的优点，但是由于土木结构的复杂性和观测数据的不完备性等挑战性问题的存在，现有环境振动测试方法主要输出频率和振型等结构基本参数，还无法直接支持桥梁维护与管理决策。冲击振动测试在国内外也有一定程度的应用，但是现有冲击振动装置笨重或功能有限，导致现场测试成本高、桥梁关闭通车时间长。相比于定期检测方法的费力费时和结构健康监测技术的费用昂贵，近年来国内外学者已提出了多种基于移动车辆的桥梁快速测试方法，通过在车辆上安装加速度计并采集其在桥面上行驶时的加速度数据来识别桥梁频率等基本参数，以及可对桥梁进行敲击扫描的车辆并通过观测车辆反应来识别桥梁损伤。上述方法方便快捷，但它们依靠对桥梁的间接测量进行分析，仅能识别桥梁频率和振型等基本参数和进行初步的损伤识别。基于以上考虑，基于冲击振动的桥梁无参考点分块振动测试方法，结合桥梁智能诊断车的运用，在实现桥梁方便快捷测试的同时弥补传统冲击振动测试方法的不足，充分发挥冲击振动的根本优势，真正实现结构参数的全面识别和性能的有效评估。但是传统冲击振动测试中传感器常布置于整个桥面，导致需求传感器数目多、数据传输用导线长、施工时间长、测试成本昂贵；此外，桥梁智能诊断车自传感系统具有局限性，只能覆盖桥梁的局部区域。在传统分块振动测试中，其算法仅考虑了最小势能原理，可求解结构的低阶模态。但由于势能对模态阶数的收敛性，导致结构的高阶模态识别不准确。同时由于算法为枚举法，会造成在情况数较多时，计算效率低下，甚至无法计算。
技术实现思路
针对上述现有方法与技术存在的不足，本专利技术要提供一种适用于桥梁分块冲击振动检测方法及微波雷达检测装置，从而实现桥梁的低成本、高效率结构性能监测和评估。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种基于微波雷达装置的桥梁分块冲击振动检测方法，其特征在于，步骤为：步骤一、将桥梁划分为m(m≥2)的子结构，并在每个子结构上设置一个或多个的冲击力输入点和全部位移输出点；步骤二、依次在桥梁分块子结构上的冲击力输入点上作用于冲击力，同步采用微波雷达设备采集子结构位移输出节点由冲击力输入节点的冲击力引起的位移时程数据；步骤三、求子结构频响函数H1(ω)，H2(ω)，…，Hm(ω)：分别对各子结构采集的输入节点冲击力和微波雷达采集的位移输出点位移时程数据进行信号处理，再采用任一频响函数估计算法估计各子结构的位移频响函数；步骤四、根据各子结构的频响函数，识别各子结构的模态参数：分别对各个子结构估计的频响函数H1(ω)，H2(ω)，…，Hm(ω)采用模态参数CMIF识别法做模态参数识别，获得各子结构的模态参数：系统极点模态缩放系数位移模态振型和振型参与系数其中，上标s为子结构标号(s＝1,2,…,m)；下标r为识别子结构的模态阶数(r＝1,2,…,n)；步骤五、构建结构的MAC矩阵，识别各子结构前阶模态振型方向系数；步骤六、采用自适应遗传算法，识别各子结构全部n阶的模态振型方向系数；步骤七、全结构的柔度矩阵计算和挠度预测：在求取各子结构的模态振型方向系数后，根据子结构振型组合公式获得整体结构的模态振型；进一步根据柔度计算公式计算得出用于预测桥梁挠度的整体结构的柔度矩阵。所述步骤五的具体方法为：设置变量DiffMAC，对应的子结构融合成全结构工况数为2(m-1)k，筛选出DiffMAC最小值对应的工况：DiffMAC=||MAC|-Πi=1kMACii|---(1)]]>式中，MAC是振型矩阵阵列空间的度量特性，MACij为各工况的第i阶位移模态振型与第j阶位移模态振型之间的夹角余弦，{φi本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于微波雷达装置的桥梁分块冲击振动检测方法，其特征在于，步骤为：步骤一、将桥梁划分为m个子结构，并在每个子结构上设置一个或多个的冲击力输入点和全部位移输出点，其中，m≥2；步骤二、依次在桥梁分块子结构上的冲击力输入点上作用于冲击力，同步采用微波雷达装置采集子结构位移输出节点由冲击力输入节点的冲击力引起的位移时程数据；步骤三、求子结构频响函数H1(ω)，H2(ω)，…，Hm(ω)：分别对各子结构采集的输入节点冲击力和微波雷达采集的位移输出节点位移时程进行信号处理，再采用任一频响函数估计算法估计各子结构的位移频响函数；步骤四、根据各子结构的频响函数，识别各子结构的模态参数：分别对各子结构估计的频响函数H1(ω)，H2(ω)，…，Hm(ω)采用CMIF模态参数识别法做模态参数识别，获得各子结构的模态参数：系统极点模态缩放系数位移模态振型和振型参与系数其中，上标s为子结构标号，s＝1,2,…,m；下标r为识别子结构的模态阶数，r＝1,2,…,n；步骤五、构建结构的MAC矩阵，识别各子结构前k阶模态振型方向系数，步骤六、采用自适应遗传算法，识别各子结构全部n阶的模态振型方向系数；步骤七、全结构的柔度矩阵计算和挠度预测：在求取各子结构的模态振型方向系数后，根据子结构振型组合公式获得整体结构的模态振型；进一步根据柔度计算公式计算得出用于预测桥梁挠度的整体结构的柔度矩阵。...

【技术特征摘要】
1.一种基于微波雷达装置的桥梁分块冲击振动检测方法，其特征在于，步骤为：步骤一、将桥梁划分为m个子结构，并在每个子结构上设置一个或多个的冲击力输入点和全部位移输出点，其中，m≥2；步骤二、依次在桥梁分块子结构上的冲击力输入点上作用于冲击力，同步采用微波雷达装置采集子结构位移输出节点由冲击力输入节点的冲击力引起的位移时程数据；步骤三、求子结构频响函数H1(ω)，H2(ω)，…，Hm(ω)：分别对各子结构采集的输入节点冲击力和微波雷达采集的位移输出节点位移时程进行信号处理，再采用任一频响函数估计算法估计各子结构的位移频响函数；步骤四、根据各子结构的频响函数，识别各子结构的模态参数：分别对各子结构估计的频响函数H1(ω)，H2(ω)，…，Hm(ω)采用CMIF模态参数识别法做模态参数识别，获得各子结构的模态参数：系统极点模态缩放系数位移模态振型和振型参与系数其中，上...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建，赵文举，郭双林，李攀杰，
申请(专利权)人：张建，
类型：发明
国别省市：江苏;32