铁路桥墩健康状态评估方法、设备及系统技术方案

本申请涉及一种铁路桥墩健康状态评估方法、设备及系统。该方法包括：获取若干传感器采集的动力时程响应数据；对动力时程响应数据进行频谱分析，得到频谱数据，并基于频谱数据确认待测桥墩的分析频率；根据分析频率和频谱数据，得到第一侧梁体等效到靠近待测桥墩的第一集中质量，以及第二侧梁体等效到靠近待测桥墩的第二集中质量，并基于第一集中质量和第二集中质量，得到待测桥墩的墩顶等效集中质量；采用墩顶等效集中质量获取简化分析模型，并基于简化分析模型，通过模型修正输出待测桥墩的健康状态评估指标。本申请可以有效提高对桥墩健康状态评估的准确性。康状态评估的准确性。康状态评估的准确性。

【技术实现步骤摘要】
铁路桥墩健康状态评估方法、设备及系统


[0001]本申请涉及桥梁工程养护工程
，特别是涉及一种铁路桥墩健康状态评估方法、设备及系统。

技术介绍

[0002]铁路桥墩作为桥梁结构的重要组成部分，其工作状态将直接影响整个桥梁结构的性能。对比桥梁上部结构，桥墩不仅承受来自列车的动力荷载，同时还承受河水冲刷，盐碱腐蚀、车船撞击、地震等诸多因素的影响，导致桥墩更容易出现各种病害。而且桥墩发生事故的后果往往较为严重，故近年来国内对桥墩健康状态评估的研究也越来越多。
[0003]模态频率是桥墩健全度评估的基础，因此如何获得精确的桥墩模态频率成为工程实际中亟待解决的问题。桥墩频率的传统测试方法主要包括余振法、环境激励法、模态试验法或冲击振动试验法，以上方法均是基于频域的测试方法，然而实际的铁路多跨简支梁桥是由桥墩和梁体等构件通过桥梁支座、桥面系和桥梁附属结构等设施联结在一起组成的系统。系统中各构件相互耦合，组成一个复杂的空间耦合体系，当系统某一构件产生振动时，会同时引起相邻构件的振动，这种简支梁体系内各构件的空间耦合振动特性在响应频谱中也会得到体现。因此在实际测量中如何得到以某一桥墩振动为主的自振频率是本研究的难点，这也给后续的桥墩健康状态评估造成了极大的困扰。
[0004]在实现过程中，专利技术人发现传统技术中至少存在如下问题：传统的铁路桥墩健康状态评估不准确。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种铁路桥墩健康状态评估方法、设备及系统。
[0006]一种铁路桥墩健康状态评估方法，包括：
[0007]获取若干传感器采集的动力时程响应数据；若干传感器分别设于待测桥墩测试点、待测桥墩的第一侧梁体的测试点，以及待测桥墩的第二侧梁体的测试点；
[0008]对动力时程响应数据进行频谱分析，得到频谱数据，并基于频谱数据确认待测桥墩的分析频率；
[0009]根据分析频率和频谱数据，得到第一侧梁体等效到靠近待测桥墩的第一集中质量，以及第二侧梁体等效到靠近待测桥墩的第二集中质量，并基于第一集中质量和第二集中质量，得到待测桥墩的墩顶等效集中质量；
[0010]采用墩顶等效集中质量获取简化分析模型，并基于简化分析模型，通过模型修正输出待测桥墩的健康状态评估指标。
[0011]在其中一个实施例中，频谱数据包括第一侧梁体的频谱数据以及第二侧梁体的频谱数据；
[0012]根据分析频率和频谱数据，得到第一侧梁体等效到靠近待测桥墩的第一集中质
量，以及第二侧梁体等效到靠近待测桥墩的第二集中质量的步骤，包括：
[0013]基于第一侧梁体的频谱数据，得到分析频率处第一侧梁体的幅值；基于第二侧梁体的频谱数据，得到分析频率处第二侧梁体的幅值；
[0014]根据分析频率处第一侧梁体的幅值，确认第一侧梁体的振型；根据分析频率处第二侧梁体的幅值，确认第二侧梁体的振型；
[0015]处理分析频率处第一侧梁体的幅值，以及第一侧梁体的振型，得到第一集中质量；处理分析频率处第二侧梁体的幅值，以及第二侧梁体的振型，得到第二集中质量。
[0016]在其中一个实施例中，
[0017]振型包括一阶振型和二阶振型；分析频率处第一侧梁体的幅值包括分析频率处第一侧梁体远离待测桥墩的第一幅值、分析频率处第一侧梁体靠近待测桥墩的第二幅值以及分析频率处第一侧梁体跨中的第三幅值；分析频率处第二侧梁体的幅值包括分析频率处第二侧梁体靠近待测桥墩的第四幅值、分析频率处第二侧梁体远离待测桥墩的第五幅值以及分析频率处第二侧梁体跨中的第六幅值；
[0018]处理分析频率处第一侧梁体的幅值，以及第一侧梁体的振型，得到第一集中质量；处理分析频率处第二侧梁体的幅值，以及第二侧梁体的振型，得到第二集中质量的步骤，包括：
[0019]若第二侧梁体的振型为一阶振型，则基于以下模型得到第二集中质量：
[0020][0021]若第二侧梁体的振型为二阶振型，则基于以下模型得到第二集中质量：
[0022][0023]若第一侧梁体的振型为一阶振型，则基于以下模型得到第一集中质量：
[0024][0025]若第一侧梁体的振型为二阶振型，则基于以下模型得到第一的集中质量：
[0026][0027]其中，为梁体均布质量，l为梁跨度；δ
1A
为第四幅值，δ
1B
为第五幅值，δ
1C
为第六幅值；δ
2A
为第一幅值，δ
2B
为第二幅值，δ
2C
为第三幅值。
[0028]在其中一个实施例中，基于第一集中质量和第二集中质量，得到待测桥墩的墩顶等效集中质量的步骤中，基于以下公式得到墩顶等效集中质量：
[0029]M0＝M
l
+M
r
[0030]其中，M
l
为第一集中质量；M
r
为第二集中质量。
[0031]在其中一个实施例中，频谱数据包括待测桥墩的墩顶的频谱数据；
[0032]基于频谱数据确认待测桥墩的分析频率的步骤，包括：
[0033]基于墩顶的频谱数据，确定墩顶的低阶频谱峰值点；
[0034]将低阶频谱峰值点对应的频率确认为待测桥墩的分析频率。
[0035]在其中一个实施例中，频谱数据还包括待测桥墩的墩中的频谱数据，以及待测桥墩的墩底的频谱数据；
[0036]基于简化分析模型，通过模型修正输出待测桥墩的健康状态评估指标的步骤，包括：
[0037]基于简化分析模型，得到简化分析模型的理论频率和简化分析模型的振型；
[0038]根据墩顶的频谱数据，得到分析频率处墩顶的第七幅值；基于墩中的频谱数据，得到分析频率处墩中的第八幅值；基于墩底的频谱数据，得到分析频率处墩底的第九幅值；基于第七幅值、第八幅值以及第九幅值，确认待测桥墩的振型；
[0039]将待测桥墩的振型和分析频率作为目标值，利用残差公式处理简化分析模型的理论频率、简化分析模型的振型、分析频率以及待测桥墩的振型，得到理论模态参数和实测模态参数的残差；
[0040]采用约束优化算法对简化分析模型进行修正，得到待识别参数；待识别参数用于使理论模态参数和实测模态参数的残差满足预设收敛准则；
[0041]基于待识别参数，得到并输出待测桥墩的健康状态评估指标。
[0042]在其中一个实施例中，待测桥墩的状态评估指标包括局部状态评估指标和整体状态评估指标。
[0043]在其中一个实施例中，采用墩顶等效集中质量获取简化分析模型的步骤，包括：
[0044]采用墩顶等效集中质量，结合待测桥墩的墩身简化模型、待测桥墩的刚度系数以及待测桥墩的基础底部约束，获取简化分析模型；待测桥墩的刚度系数包括弹性模量和墩身截面惯性矩。
[0045]一种铁路桥墩健康状态评估设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁路桥墩健康状态评估方法，其特征在于，包括：获取若干传感器采集的动力时程响应数据；若干所述传感器分别设于待测桥墩测试点、所述待测桥墩的第一侧梁体的测试点，以及所述待测桥墩的第二侧梁体的测试点；对所述动力时程响应数据进行频谱分析，得到频谱数据，并基于所述频谱数据确认所述待测桥墩的分析频率；根据所述分析频率和所述频谱数据，得到所述第一侧梁体等效到靠近所述待测桥墩的第一集中质量，以及所述第二侧梁体等效到靠近所述待测桥墩的第二集中质量，并基于所述第一集中质量和所述第二集中质量，得到所述待测桥墩的墩顶等效集中质量；采用所述墩顶等效集中质量获取简化分析模型，并基于所述简化分析模型，通过模型修正输出所述待测桥墩的健康状态评估指标。2.根据权利要求1所述的铁路桥墩健康状态评估方法，其特征在于，所述频谱数据包括所述第一侧梁体的频谱数据以及所述第二侧梁体的频谱数据；所述根据所述分析频率和所述频谱数据，得到所述第一侧梁体等效到靠近所述待测桥墩的第一集中质量，以及所述第二侧梁体等效到靠近所述待测桥墩的第二集中质量的步骤，包括：基于所述第一侧梁体的频谱数据，得到所述分析频率处所述第一侧梁体的幅值；基于所述第二侧梁体的频谱数据，得到所述分析频率处所述第二侧梁体的幅值；根据所述分析频率处所述第一侧梁体的幅值，确认所述第一侧梁体的振型；根据所述分析频率处所述第二侧梁体的幅值，确认所述第二侧梁体的振型；处理所述分析频率处所述第一侧梁体的幅值，以及所述第一侧梁体的振型，得到所述第一集中质量；处理所述分析频率处所述第二侧梁体的幅值，以及所述第二侧梁体的振型，得到所述第二集中质量。3.根据权利要求2所述的铁路桥墩健康状态评估方法，其特征在于，所述振型包括一阶振型和二阶振型；所述分析频率处所述第一侧梁体的幅值包括所述分析频率处所述第一侧梁体远离所述待测桥墩的第一幅值、所述分析频率处所述第一侧梁体靠近所述待测桥墩的第二幅值以及所述分析频率处所述第一侧梁体跨中的第三幅值；所述分析频率处所述第二侧梁体的幅值包括所述分析频率处所述第二侧梁体靠近所述待测桥墩的第四幅值、所述分析频率处所述第二侧梁体远离所述待测桥墩的第五幅值以及所述分析频率处所述第二侧梁体跨中的第六幅值；所述处理所述分析频率处所述第一侧梁体的幅值，以及所述第一侧梁体的振型，得到所述第一集中质量；处理所述分析频率处所述第二侧梁体的幅值，以及所述第二侧梁体的振型，得到所述第二集中质量的步骤，包括：若所述第二侧梁体的振型为所述一阶振型，则基于以下模型得到所述第二集中质量：若所述第二侧梁体的振型为所述二阶振型，则基于以下模型得到所述第二集中质量：
若所述第一侧梁体的振型为所述一阶振型，则基于以下模型得到所述第一集中质量：若所述第一侧梁体的振型为所述二阶振型，则基于以下模型得到所述第一的集中质量：其中，为梁体均布质量，l为梁跨度；δ
1A
为所述第四幅值，δ
1B
为所述第五幅值，δ
1C
为所述第六幅值；δ
2A
为所述第一幅值，δ
2B
为所述第二幅值，δ
2C
为所述第三幅值。4.根据权利要求1至3任一项所述的铁路桥墩健康状态评估方法，其特征在于，所述基于所述第一集中质量...

【专利技术属性】
技术研发人员：李保龙，王冬立，战家旺，宋丽莉，曹华杰，王敬，李峰帜，王志忠，
申请(专利权)人：国能朔黄铁路发展有限责任公司，
类型：发明
国别省市：