一种基于变间距栅格的索力自动识别方法技术

本发明专利技术公开了一种基于变间距栅格的索力自动识别方法,首先根据拉索测试获得的加速度时程进行快速傅里叶变换分析，获得其频谱图和最高峰值频率；然后通过沿横坐标方向延伸的一行栅格将频谱图划分为多个等间距的子区间，确定初始栅格间距和无效栅格比例限值；并根据无效栅格比例限值动态调整栅格间距，通过循环判定寻找合理的栅格间距；在各子区间中搜索各峰值并计算基准频率，计算获得拉索索力；最后通过数据清洗和荷载效应剔除获得恒载作用下的索力特征值。本发明专利技术自动实现快速、准确获得斜拉索的基准频率和索力值，并剔除活载和温度效应获得恒载索力特征值，实现海量监测数据的自动处理与判定，为缆索承重桥梁的服役状态智能评估提供理论依据。

【技术实现步骤摘要】
一种基于变间距栅格的索力自动识别方法
本专利技术涉及交通
，具体涉及一种基于变间距栅格的索力自动识别方法。
技术介绍
拉索将主梁的荷载传递到主塔，是斜拉桥的关键构件之一，在桥梁施工过程中，拉索索力大小的准确控制是确保桥梁成桥线性的重要前提之一；在桥梁运营过程中，拉索索力的波动大小也直接反应了桥梁的结构受力性能和服役性能。因此，在斜拉桥的建设、管理和养护全寿命周期中，拉索索力的准确识别显得尤为重要。基于拉索加速度识别基准频率的振动测试法是一种传统的索力识别方法，被广泛应用与桥梁检测和健康监测体系中。但是，在索力识别时传统多采用人工方法识别基准频率，自动化识别程度低，对于海量监测数据，索力识别不够高效，同时容易受测试噪声信号和人为经验判定等因素影响。此外，由原始振动信号识别的拉索索力，除了恒载效应的索力外，还包括了温度、车辆活载等可变效应的影响，波动的索力监测结果无法直接用于判别结构的整体受力状态与变化趋势。因此，亟需发展一种高效的自动化索力识别方法，快速识别拉索索力并提取恒载特征值，为大跨径斜拉桥的服役状态评估提供技术支撑。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术提出一种基于变间距栅格的索力自动识别方法，自动实现快速、准确获得斜拉索的基准频率和索力值，并剔除活载和温度效应获得恒载索力特征值，实现海量监测数据的自动处理与判定，为缆索承重桥梁的服役状态智能评估提供理论依据。技术方案：本专利技术提出一种基于变间距栅格的索力自动识别方法，包括以下步骤：S1、测试获得拉索的振动加速度时程曲线，通过频谱分析获得加速度的频谱图，所述频谱图的横坐标为频率，纵坐标为幅值；并选取获得频谱图中的最大幅值所对应的频率fm；S2、选取频谱图中的所有有效尖峰；所述有效尖峰的幅值为f，则f/fm≥β,其中β为预设幅值系数，且β＜1；S3、通过沿横坐标方向延伸的一行栅格将频谱图划分为多个等间距的子区间；S4、选取可用子区间；所述可用子区间至少包含一个有效尖峰；S5、选取有效子区间；所述可用子区间内幅值最大的峰点至任意一个子区间横向边界的距离为s，则当γd≤s≤(1-γ)d时，该可用子区间为有效子区间；其中d为栅格间距，γ为预设子区间系数，且γ≤0.5；S6、当有效子区间与可用子区间的比值小于α，其中α为预设栅格系数，则更新栅格间距并返回步骤S3；并由此循环直至有效子区间与可用子区间的比例大于α，得到有效栅格；S7、根据步骤S1确定栅格间距后，在各有效子区间中搜索最大值及其对应频率，按从小到大顺序存入列向量fn，并计算拉索基准频率f：f＝mean(diff(fn))式中diff为对向量的差分运算；mean为对向量各元素取平均值的运算；S8、考虑拉索抗弯刚度与垂度效应并计算索力T：式中m为单位长度的质量，l为拉索弦长，EA为拉索抗拉刚度，其中H为索力T的弦向分量，S9、通过平滑降噪、野值剔除和缺失值填补对步骤S8中识别的索力数据进行清洗，得到索力时程x(t)；S10、基于经验模态分解法和温度拟合对步骤S9中的索力进行车辆活载和温度效应剔除，得到恒载索力特征值。进一步，所述步骤S3中第一次设置的初始栅格的栅格间距小于解析解或数值解获得的拉索基准频率。进一步，所述步骤S6中更新栅格间距具体包括di+1＝di+dΔ其中di+1为第i+1个循环的栅格间距，di为第i个循环的栅格间距，dΔ为每次循环时栅格间距增加的步长，且dΔ＞0。进一步，所述步骤S3中有两种实施方式：方式一、将栅格的起点边界的横坐标为fb-0.5di，其中fb为可读区间内的最小尖峰频率，di为第i个循环的栅格间距；由起点从左向右划分栅格，直至最后一个子区间包含频率最大的有效尖峰。方式二、将栅格的起点边界的横坐标为fm-0.5di，其中di为第i个循环的栅格间距；由起点向两侧划分栅格，直至最左端子区间包含频率最小的有效尖峰，最右端子区间包含频率最大的有效尖峰。进一步，步骤S10中，采用经验模态分解法将步骤S9中的索力时程x(t)分解为若干阶本征模态函数及残差：式中cj为第j阶本征模态函数信号；n为分解的总阶数；r为残差函数信号。根据温度频谱判定其周期成分，并结合各阶索力本征模态函数cj的频谱区间范围剔除活载效应，采用拟合方法获得温度与剔除活载效应后的索力之间的拟合函数，进一步剔除温度效应。进一步，所述步骤S8中，当0.17＜λ2≤4π2时，索力计算公式通过迭代计算获得。进一步，所述步骤S9中，根据中位数绝对偏差指标进行野值剔除，通过移动平均法进行平滑处理，采用分段三次Hermite插值法进行缺失值填补。进一步，所述步骤S1中，加速度时程曲线由加速度传感器测试获得，频谱图由快速傅里叶变换获得，最高点频率fm通过对频谱幅值数列做最大值判定获得。进一步，β取值范围是15％～30％；γ的取值范围是20％～30％；α的取值范围是5％～20％。有益效果：本专利技术以拉索的加速度时程检测/监测数据为基础，提出了一种基于变间距栅格的拉索基频与索力自动识别方法，与传统的人工识别方法相比，通过可变间距的栅格循环判定的方法自动获得拉索基频，通过设定有效栅格比例限值提高了数据的可信度，避免了由于人为经验判定造成的识别误差，改善了索力识别的精度和效率，为基于健康监测大数据的拉索索力智能快速识别提供了有利的技术支撑。同时，通过经验模态分解法和温度拟合法有效剔除了车辆活载和温度可变荷载引起的索力变化值，获得了恒载作用下的索力特征值，可以直接用于大跨径斜拉桥的结构受力状态与刚度变化分析，提高了索力数据与结构性能的关联度，为大跨径斜拉桥的服役状态评估提供了有效的途径。附图说明图1为基于变间距栅格的索力自动识别方法流程图；图2格栅选取示意图；图3为自动识别的索力图；图4为剔除活载效应后的索力图。具体实施方式如图1所示，本专利技术提供的一种基于变间距栅格的索力自动识别方法，包括以下步骤：S1、测试获得拉索的振动加速度时程曲线，通过频谱分析获得加速度的频谱图，所述频谱图的横坐标为频率，纵坐标为幅值；并选取获得频谱图中的最大幅值所对应的频率fm；其中加速度时程曲线由加速度传感器测试获得，频谱图由快速傅里叶变换获得，最高点频率fm通过对频谱幅值数列做最大值判定获得。S2、选取频谱图中的所有有效尖峰；所述有效尖峰的幅值为f，则f/fm≥β,其中β为预设幅值系数，且β取值范围是15％～30％。S3、通过沿横坐标方向延伸的一行栅格将频谱图划分为多个等间距的子区间；其中第一次设置的初始栅格的栅格间距小于解析解或数值解获得的拉索基准频率；具体有两种实施方式：方式一、将栅格的起点边界的横坐标为fb-0.5di，其中fb为可读区间内的最小尖峰频率，di为第i个循环的栅格间距；由起点从左向右划分栅格，直至最后一个子区间包含频率最大的有效尖峰本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于变间距栅格的索力自动识别方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、测试获得拉索的振动加速度时程曲线，通过频谱分析获得加速度的频谱图，所述频谱图的横坐标为频率，纵坐标为幅值；并选取获得频谱图中的最大幅值所对应的频率f

【技术特征摘要】
1.一种基于变间距栅格的索力自动识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、测试获得拉索的振动加速度时程曲线，通过频谱分析获得加速度的频谱图，所述频谱图的横坐标为频率，纵坐标为幅值；并选取获得频谱图中的最大幅值所对应的频率fm；
S2、选取频谱图中的所有有效尖峰；所述有效尖峰的幅值为f,则f/fm≥β,其中β为预设幅值系数，且β＜1；
S3、通过沿横坐标方向延伸的一行栅格将频谱图划分为多个等间距的子区间；
S4、选取可用子区间；所述可用子区间至少包含一个有效尖峰；
S5、选取有效子区间；所述可用子区间内幅值最大的峰点至任意一个子区间横向边界的距离为s，则当γd≤s≤(1-γ)d时，该可用子区间为有效子区间；其中d为栅格间距，γ为预设子区间系数，且γ≤0.5；
S6、当有效子区间与可用子区间的比值小于α，其中α为预设栅格系数，则更新栅格间距并返回步骤S3；并由此循环直至有效子区间与可用子区间的比例大于α，得到有效栅格；
S7、根据步骤S1确定栅格间距后，在各有效子区间中搜索最大值及其对应频率，按从小到大顺序存入列向量fn，并计算拉索基准频率f：
f＝mean(diff(fn))
式中diff为对向量的差分运算；mean为对向量各元素取平均值的运算；
S8、考虑拉索抗弯刚度与垂度效应并计算索力T：



式中m为单位长度的质量，l为拉索弦长，EA为拉索抗拉刚度，其中H为索力T的弦向分量，
S9、通过平滑降噪、野值剔除和缺失值填补对步骤S8中识别的索力数据进行清洗，得到索力时程x(t)；
S10、基于经验模态分解法和温度拟合对步骤S9中的索力进行车辆活载和温度效应剔除，得到恒载索力特征值。


2.根据权利要求1所述的基于变间距栅格的索力自动识别方法，其特征在于：所述步骤S3中第一次设置的初始栅格的栅格间距小于解析解或数值解获得的拉索基准频率。


3.根据权利要求2所述的基于变间距栅格的索力自动识别方法，其特征在于：所述步骤S6中更新栅格间距具体包括
di+1＝di+dΔ
其中di+1为第i+1个循环的栅格间距，di为第i个...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋晓东，熊文，吴阅，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32