基于宏应变二阶差分的桥梁损伤及车辆荷载同时识别方法技术

本发明专利技术的基于宏应变二阶差分的桥梁损伤及车辆荷载同时识别方法，包括以下步骤：在桥梁下方沿桥跨方向连续安装n个宏应变传感器；各宏应变传感器分别采集单辆车经过时桥梁的宏应变响应；对各个宏应变响应在时域内进行二阶差分，得到二阶差分曲线；根据各个传感器间的物理距离及二阶差分曲线特征，识别车辆的车速和轴距；统计各传感器对应二阶差分曲线的各局部极小值，利用参照车标定，识别车辆轴重；归一化各传感器对应二阶差分曲线的最小值和基准值对比，得到桥梁损伤位置和损伤程度。本发明专利技术可基于同一套传感器及采集数据，有效准确识别车辆车速、轴距、轴重并判断结构损伤位置和程度，在实现两种功能的前提下有效降低硬件成本。本。本。

【技术实现步骤摘要】
基于宏应变二阶差分的桥梁损伤及车辆荷载同时识别方法


[0001]本专利技术涉及桥梁健康监测技术，具体是一种基于宏应变二阶差分的桥梁损伤及车辆荷载同时识别方法。

技术介绍

[0002]因为长期往复的上部车辆荷载作用会引起桥梁性能的逐步下降，为了避免潜在事故的发生，保障上部通行人员和车辆安全，需要对桥梁进行实时检测。目前常用的方法是通过人工检测来完成，实践下来发现人工检测效率低，作业时间长，难以及时发现桥梁损伤，因此基于健康监测的桥梁快速损伤识别算法尤为必要。同时，对于桥梁健康监测而言，上部荷载的监测也必不可少，了解上部荷载的统计特性，是对桥梁性能进行准确评估的前提，同时也可以更好地为桥梁维护管养服务。桥梁损伤识别与车辆荷载识别是桥梁健康监测最重要也是最必不可少的两个部分。但现有两类方法都是基于独立不同的传感器数据及算法，在桥梁中应用时，会造成传感器系统冗余，硬件成本高昂，后期处理困难等问题。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于宏应变二阶差分的桥梁损伤及车辆荷载同时识别方法。
[0004]技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于宏应变二阶差分的桥梁损伤及车辆荷载同时识别方法，包括以下步骤：
[0005]步骤1：在桥梁下方沿桥跨方向连续安装n个宏应变传感器S1,S2,
…
Sn；
[0006]步骤2：各宏应变传感器分别采集单辆车经过时桥梁的宏应变响应MR1,MR2,
…
MRn；
[0007]步骤3：对各个宏应变传感器采集到的宏应变响应在时域内进行二阶差分，得到二阶差分曲线；
[0008]步骤4：根据各个传感器间的物理距离及二阶差分曲线特征，识别车辆的车速和轴距；
[0009]步骤5：统计各传感器对应二阶差分曲线各个波谷的局部极小值，利用参照车标定，识别车辆轴重；
[0010]步骤6：归一化各传感器对应二阶差分曲线的最小值和基准值对比，得到桥梁损伤位置和损伤程度。
[0011]优选地，步骤1中，宏应变指桥梁结构表面一段区域内各点应变的积分，宏应变与点应变的关系如下：
[0012][0013]其中，为宏应变，ε(x)为点应变。
[0014]优选地，步骤1中的宏应变传感器为大标距的电阻式应变片或光纤光栅宏应变传
感器。
[0015]优选地，步骤3中，二阶差分曲线计算公式为：
[0016][0017]其中，TDC为二阶差分曲线，Δt为采样时间间隔，为传感器采集得到的宏应变，t为某一数据采集时刻。
[0018]优选地，步骤4中车辆的车速计算公式为：
[0019][0020]其中，D为相邻两个传感器S(m+1)，Sm间的距离，为Sm对应的TDC曲线上第i个局部极小值对应的时间点，v为车速。
[0021]优选地，步骤4中车辆的轴距计算公式为：
[0022][0023]其中，WB为轴距，v为识别出的车速。
[0024]优选地，步骤5中车辆轴重计算公式为：
[0025][0026]其中，AW
i
为轴重，peak
i
为二阶差分曲线上第i个极值点的值，peak
Ref
为参照车通过时得到的二阶差分曲线极值点，W
Ref
为参照车的轴重。
[0027]优选地，步骤6中，利用最靠近桥梁支座处的传感器对应二阶差分曲线极值点对所有二阶差分曲线极值点向量进行归一化，归一化后，向量元素偏离-1的位置即为桥梁损伤位置，损伤程度β计算公式为：
[0028][0029]有益效果：本专利技术可以基于同一套传感器及采集数据，有效准确识别车辆车速、轴距、轴重并判断结构损伤位置和程度，在实现两种功能的前提下有效降低硬件成本。
附图说明
[0030]图1为本专利技术的基于宏应变二阶差分的桥梁损伤及车辆荷载同时识别方法的步骤流程示意图；
[0031]图2为车辆车速识别示意图；
[0032]图3为车辆轴距识别示意图；
[0033]图4为车辆轴重识别示意图；
[0034]图5为当车辆通过完好桥梁方法应用示意图；
[0035]图6为当车辆通过带损伤桥梁方法应用示意图。
具体实施方式
[0036]以下结合附图对本专利技术作详细说明。
[0037]如图1所示，本专利技术的一种基于宏应变二阶差分的桥梁损伤及车辆荷载同时识别方法，包括以下步骤：
[0038]步骤1：在桥梁下方沿桥跨方向连续安装n个宏应变传感器:S1,S2,
…
Sn；n个宏应变传感器在布置时最佳方案为首尾相连布满桥梁整个跨径，如图2所示。当成本有限时也可以仅在结构关键区域布置，如跨中、四分之一跨等。宏应变传感器可以选用大标距的电阻式应变片、光纤光栅宏应变传感器或其它可用于测量宏应变的传感设备。
[0039]步骤2：采集单车经过时桥梁的宏应变响应Macro-strain response(MR):MR1,MR2,
…
MRn；
[0040]步骤3：对各个传感器采集到的宏应变响应在时域内进行二阶差分，得到二阶差分曲线Two-order difference curve(TDC)，如图2；二阶差分曲线计算公式为：
[0041][0042]其中Δt为采样时间间隔。
[0043]步骤4：根据各个传感器间的物理距离及TDC曲线特征，识别车辆的车速(图2)和轴距(图3)；车辆车速计算公式为：
[0044]速度：
[0045]其中，D为相邻两个传感器S(m+1)，Sm间的距离，为Sm对应的TDC曲线上第i个局部极小值对应的时间点。
[0046]车辆轴距计算公式为：
[0047]轴距：
[0048]其中，v为识别出的车速。
[0049]步骤5：统计各传感器对应TDC曲线的各局部极小值，利用参照车标定，识别车辆轴重，如图4；轴重计算公式为：
[0050]轴重：
[0051]其中，peak
i
为TDC上第i个极值点的值，peak
Ref
为参照车通过时得到的TDC极值点，W
Ref
为参照车的轴重。
[0052]步骤6：归一化各传感器对应TDC的最小值和基准值对比，得到桥梁损伤位置和程度，如图5、图6。具体的，利用桥梁支座处的传感器对应TDC曲线极值点对所有TDC极值点向量进行归一化，归一化后，向量元素偏离-1的位置即为桥梁损伤位置，损伤程度β计算公式为：
[0053]损伤程度：
[0054]本专利技术中，首先根据结构力学中应变影响线的定义推导宏应变影响线方程。根据结构力学，在简支梁任意截面xi处的应变影响线方程为：
[0055][0056]其中(EI)
i
为截面xi处的截面刚度，h代表中和轴高度。根据宏应变的定义，第m个传感器标距范围内的宏应变与标距范围内结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于宏应变二阶差分的桥梁损伤及车辆荷载同时识别方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在桥梁下方沿桥跨方向连续安装n个宏应变传感器S1,S2,
…
Sn；步骤2：各宏应变传感器分别采集单辆车经过时桥梁的宏应变响应MR1,MR2,
…
MRn；步骤3：对各个宏应变传感器采集到的宏应变响应在时域内进行二阶差分，得到二阶差分曲线；步骤4：根据各个传感器间的物理距离及二阶差分曲线特征，识别车辆的车速和轴距；步骤5：统计各传感器对应二阶差分曲线各个波谷的极小值，利用参照车标定，识别车辆轴重；步骤6：归一化各传感器对应二阶差分曲线的最小值和基准值对比，得到桥梁损伤位置和损伤程度。2.根据权利要求1所述的基于宏应变二阶差分的桥梁损伤及车辆荷载同时识别方法，其特征在于：步骤1中，宏应变指桥梁结构表面一段区域内各点应变的积分，宏应变与点应变的关系如下：其中，为宏应变，ε(x)为点应变。3.根据权利要求1所述的基于宏应变二阶差分的桥梁损伤及车辆荷载同时识别方法，其特征在于：步骤1中的宏应变传感器为大标距的电阻式应变片或光纤光栅宏应变传感器。4.根据权利要求1所述的基于宏应变二阶差分的桥梁损伤及车辆荷载同时识别方法，其特征在于：步骤3中，二阶差分曲线计算公式为：其中，TDC为...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈适之，韩万水，冯德成，袁阳光，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：