一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法技术方案

本发明专利技术属于桥梁工程检测技术领域，具体涉及一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法，包括以下具体步骤：a.两辆检测车从桥梁梁端位置出发向1#桥台方向通过桥梁，信号采集子系统同步采集小车各次通过桥梁过程中的竖向加速度响应；b.两辆检测车从桥梁另一梁端出发向向0#桥台方向通过桥梁，信号采集子系统同步采集小车各次通过桥梁过程中的竖向加速度响应；c.两车可分别在桥梁上通过牵引车拖动通过桥梁，也可并联或串联通过牵引车同时拖动通过桥梁；d.利用步骤a与(或)步骤b所测得小车竖向加速度响应，获得对应小车竖向位移响应。本发明专利技术作为桥梁常规检测方法，具有安全经济、方便便捷等特点，能够简便、高效且高精度地检测桥梁损伤。

【技术实现步骤摘要】
一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法
本专利技术属于桥梁工程检测
，具体涉及一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法。
技术介绍
随着国民经济的快速发展和城市化进程的不断加深，国家对交通基础设施的建设越来越重视。桥梁结构作为连接交通工程的“咽喉”，其重要性不言而喻。桥梁结构作为“生命线”工程中的重要一环，对正常的交通运输以及防灾救灾至关重要，因此对其安全性、耐久性与正常使用功能的要求也越来越高。但一方面，在桥梁结构的施工过程中，由于材料的不均匀性和施工精度等问题，会使得实际结构的动力特性和设计预想存在偏差；另一方面，在桥梁的运营过程中，会受到地震、强风、车辆超载等因素的影响，加上材料自身性能的不断退化、老化，结构构件会出现不同程度的损伤，如果这些损伤未被及时发现并修复，那么随着损伤积累，结构的正常使用就会受到影响，严重时甚至会引起结构的断裂、倒塌，对人民群众的生命财产安全造成威胁。所以，在桥梁结构等工程项目中，无论施工阶段，还是运营服役阶段，都需要对其定期检测，了解结构的性态，并以此为基础，进一步实现结构的健康监测。近些年来，国内外发生的一些工程事故，更进一步说明了对结构进行损伤检测的必要性。除去可能存在的设计不当、施工质量问题外，有很大部分的原因在于其桥梁在服役阶段，并无及时的检测发现可能存在的安全隐患，进而采取相应的维护措施。但现行的检测工作往往需要监测人员定期对桥梁进行检测，且这种人工检测工作往往具有盲目性，工作量巨大；或者在桥梁结构上安装传感器，通过采集信号对桥梁状态进行评定，这样需要大量传感器布置，且面临着海量的数据处理工作，极大地耗费了人力物力。所以急需一种可以快速、有效、经济的方法对桥梁的动力特性进行测定，同时也可以在一定程度上对桥梁是否损伤、哪里损伤、损伤多少进行评定，来指导、协助桥梁的检测维护人员尽早发现桥梁病害，制定养护方案。间接量测法是利用采集通过桥面的测试车辆的振动响应，再通过适当的数学转换程序，即可分析出桥梁的动态特性的方法，相对于传统的直接量测法，间接量测法具有更安全、更便捷、更经济等优势。但间接量测法在实际工程的应用中，许多因素如路面粗糙度、车桥阻尼等的影响都难以解决，严重制约了间接量测法在实际工程中的应用。
技术实现思路
本专利技术目的是：旨在提供一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法，作为桥梁常规检测方法，具有安全经济、方便便捷等特点，能够简便、高效且高精度地检测桥梁损伤。为实现上述技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法，包括以下步骤：a.两辆检测车从桥梁梁端位置出发向1#桥台方向通过桥梁，信号采集子系统同步采集小车各次通过桥梁过程中的竖向加速度响应或者竖向速度响应或者竖向位移响应；b.两辆检测车从桥梁另一梁端位置出发向0#桥台方向通过桥梁，信号采集子系统同步采集小车各次通过桥梁过程中的竖向加速度响应或者竖向速度响应或者竖向位移响应，用于提高采集信号的准确度；c.两车可分别在桥梁上通过牵引车拖动通过桥梁，也可并联或串联通过牵引车同时拖动通过桥梁；d.利用步骤a与(或)步骤b所测得小车的竖向加速度响应或者竖向速度响应或者竖向位移响应，处理后获得对应小车竖向位移响应；e.利用步骤d所获得小车竖向位移响应，将两辆检测车对应位移信号相减，获得处理后小车竖向位移响应，消除了路面粗糙度的影响；f.利用步骤e所获得处理后小车竖向位移响应，对时间t作二次微分处理，获得对应处理后小车竖向加速度响应；g.利用已提前得知的待测桥梁模态阻尼比，分别按检测车采集信号的采样频率计算每一采样时间桥梁阻尼比影响下信号衰减系数；h.利用步骤f所获得处理后小车竖向加速度响应除以步骤g计算所得每一时间对应的信号衰减系数进行信号还原处理，获得处理后小车竖向加速度响应，消除了桥梁阻尼比的影响；i.利用步骤h所获得处理后小车竖向加速度响应，通过Matlab带通滤波器滤去除所需桥梁频率信号外其余干扰信号，获得滤波后小车竖向加速度响应，仅包含所需桥梁频段信号；j.利用步骤i所获得处理后小车竖向加速度响应，计算所需桥梁各阶模态；k.利用步骤j所获得桥梁各位置点各阶模态及对应的频率，利用改进的直接刚度法，计算出桥梁各位置点刚度，进一步获取任意荷载下的桥梁截面挠度，综合评估桥梁的损伤情况。经推导，路面粗糙度对车辆竖向位移信号的影响部分qv，r(t)具体可表示如下：其中，mv为检测车质量，kv为检测车竖向刚度，cv为车辆阻尼，v为检测车匀速通过桥梁的速度。当车辆的车体质量、竖向刚度以及车辆阻尼等比值变化时，路面粗糙度对车辆竖向位移的影响部分qv，r(t)不发生改变，因此通过对两车竖向位移信号相减，可以有效消除路面粗糙度影响。通过理论分析可知，桥梁的模态信息包含在小车动力反应的瞬态项中，经推导，考虑桥梁阻尼比影响的车辆竖向位移信号中与本方法提取的频率与模态相关部分的qv，c(t)具体可以表达如下：其中ξn为桥梁模态阻尼比，L为桥梁跨径长度，wn为桥梁基频，wv.为车辆频率。与不考虑桥梁阻尼比影响的车辆竖向位移信号的瞬态项部分相比，仅多了信号衰减项通过信号还原处理，可以有效消除桥梁模态阻尼比的影响。进一步，所述的两辆检测车车辆频率相同，但检测车质量不同，需保证两车车体质量，车体竖向刚度以及车辆阻尼的比值相同。进一步，检测车从桥梁梁端向1#桥台方向通过桥梁，再从桥梁另一梁端向0#桥台方向通过桥梁。进一步，对步骤d中小车竖向加速度响应分别对时间t作二次积分处理。进一步，对步骤j中的小车竖向加速度响应加窗作短时傅里叶变化，变时域信号为频域信号，提取每一窗频域信号中桥梁频率对应幅值开根号作比，计算所需桥梁各阶模态。进一步，对步骤j中的小车竖向加速度响应作希尔伯特转换作瞬时振幅，提取瞬时振幅包络线求得所需桥梁各阶模态。进一步，对步骤k中的桥梁各位置点刚度作数据延拓，利用延拓所得数值重新计算边单元对应节点的曲率，重新计算对应节点刚度，可有效提高刚度反演精度。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下优点：1、具有严格的理论基础，其在待测桥梁上通过检测车辆即可获得检测信号，并可根据检测信号经过相应的处理转换得到桥梁的损伤信息，不需要预先知道桥梁损伤的大致位置，操作简单易行，效率高，可方便快捷地掌握桥梁损伤情况，从而及时发现桥梁隐患，避免桥梁事故的发生；2、采用具有明确物理意义的损伤刚度识别，对损伤位置识别的同时也可以对损伤程度进行识别；3、解决了实际工程中路面粗糙度以及桥梁阻尼比的影响，为间接量测法在实际工程中的应用具有很大的指导意义；4、检测时无需在桥上架设任何辅助设备，不受天气及时间限制，且对桥梁正常交通运营影响极低；5、检测车通过桥梁即能实施对桥梁的损伤检测，使检测一座桥梁的时间大大缩短，可增加桥梁检测的频次，实现桥梁的相对高频检测，以此达到安全监测的目的，提高桥梁安全预警能力；6、检测数据的处理已在Matlab上编程，实现了自动化的处理过程，不仅降低了传统检测方法要求检测人员素质比较高的缺点，降低了人力成本，还能最大化的避免人为的主观因素对桥梁安全性判断的影响；7、灵敏度很高，检测时间短且不需要特殊的检测条件，检测精度高，成本低廉，与现有的桥梁检测方法相比，集合了各种现有检测方法的优点，且避免了其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：a.两辆检测车从桥梁梁端位置出发向1#桥台方向通过桥梁，信号采集子系统同步采集小车各次通过桥梁过程中的竖向加速度响应或者竖向速度响应或者竖向位移响应；b.两辆检测车从桥梁另一梁端位置出发向0#桥台方向通过桥梁，信号采集子系统同步采集小车各次通过桥梁过程中的竖向加速度响应或者竖向速度响应或者竖向位移响应，用于提高采集信号的准确度；c.两车可分别在桥梁上通过牵引车拖动通过桥梁，也可并联或串联通过牵引车同时拖动通过桥梁；d.利用步骤a与(或)步骤b所测得小车的竖向加速度响应或者竖向速度响应或者竖向位移响应，处理后获得对应小车竖向位移响应；e.利用步骤d所获得小车竖向位移响应，将两辆检测车对应位移信号相减，获得处理后小车竖向位移响应，消除了路面粗糙度的影响；f.利用步骤e所获得处理后小车竖向位移响应，对时间t作二次微分处理，获得对应处理后小车竖向加速度响应；g.利用已提前得知的待测桥梁模态阻尼比，分别按检测车采集信号的采样频率计算每一采样时间桥梁阻尼比影响下信号衰减系数；h.利用步骤f所获得处理后小车竖向加速度响应除以步骤g计算所得每一时间对应的信号衰减系数...

【技术特征摘要】
1.一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：a.两辆检测车从桥梁梁端位置出发向1#桥台方向通过桥梁，信号采集子系统同步采集小车各次通过桥梁过程中的竖向加速度响应或者竖向速度响应或者竖向位移响应；b.两辆检测车从桥梁另一梁端位置出发向0#桥台方向通过桥梁，信号采集子系统同步采集小车各次通过桥梁过程中的竖向加速度响应或者竖向速度响应或者竖向位移响应，用于提高采集信号的准确度；c.两车可分别在桥梁上通过牵引车拖动通过桥梁，也可并联或串联通过牵引车同时拖动通过桥梁；d.利用步骤a与(或)步骤b所测得小车的竖向加速度响应或者竖向速度响应或者竖向位移响应，处理后获得对应小车竖向位移响应；e.利用步骤d所获得小车竖向位移响应，将两辆检测车对应位移信号相减，获得处理后小车竖向位移响应，消除了路面粗糙度的影响；f.利用步骤e所获得处理后小车竖向位移响应，对时间t作二次微分处理，获得对应处理后小车竖向加速度响应；g.利用已提前得知的待测桥梁模态阻尼比，分别按检测车采集信号的采样频率计算每一采样时间桥梁阻尼比影响下信号衰减系数；h.利用步骤f所获得处理后小车竖向加速度响应除以步骤g计算所得每一时间对应的信号衰减系数进行信号还原处理，获得处理后小车竖向加速度响应，消除了桥梁阻尼比的影响；i.利用步骤h所获得处理后小车竖向加速度响应，通过Matlab带通滤波器滤去除所需桥梁频率信号外其余干扰信号，获...

【专利技术属性】
技术研发人员：阳洋，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50