基于曲率包络面积和微波雷达的桥梁分布刚度识别方法技术

本发明专利技术公开了一种基于曲率包络面积和微波雷达的桥梁分布刚度识别方法，基于微波干涉雷达具有多点变形同步监测的优点，应用雷达实现标定移动荷载通过桥梁时观测区域多测点变形位移影响线的同步测量，然后基于曲率、转角和位移之间的本质关系通过实测位移影响线计算得到测试区域的曲率包络面积影响线，通过结构力学计算得到标定移动荷载引起的弯矩包络面积影响线，最后通过对弯矩包络面积和曲率包络面积之商在时间尺度取均值即可得到桥梁测试区域的单元刚度。本发明专利技术具有设备安装方便、测量快速便捷、鲁棒性好和非接触的优势，克服了已有方法传感器布设困难稳定性差的问题，有广泛应用于实际桥梁刚度识别的良好前景。广泛应用于实际桥梁刚度识别的良好前景。广泛应用于实际桥梁刚度识别的良好前景。

【技术实现步骤摘要】
基于曲率包络面积和微波雷达的桥梁分布刚度识别方法


[0001]本专利技术属于建筑结构健康监测
，具体涉及一种基于曲率包络面积和微波雷达的桥梁分布刚度识别方法，能够实现桥梁的刚度识别。

技术介绍

[0002]桥梁是现代交通网络中极为重要的组成部分。但在长期的服役过程中，存在结构材料老化、环境腐蚀、普遍超载以及各种人为或自然灾害(如船撞、地震、飓风等)等问题。因此，桥梁的承载力会随着使用寿命的延长而逐渐降低。其结构完整性与其结构刚度密切相关，可以认为是其对结构变形的抗力。结构刚度通常与材料参数(如弹性模量E)和几何参数(如惯性矩I)相关联。因此，有必要定期对桥梁结构的真实刚度进行评估，以确保桥梁的安全运行。
[0003]过去的基于振动法的刚度识别已经有了一定的进展，主要包括时域法和频域法。然而，基于振动的方法需要沿着桥梁密集排列传感器，如加速度计、应变计和线性可变差动变压器(LVDT)，这些工作成本高、费时费力且需要交通中断。相比较，静力荷载试验也是目前评估桥梁实际状况的有效手段，且刚度可以从荷载作用下的位移测量间接估计。然而，对整座桥梁的每一跨进行重复的荷载测试成本高。因此，有必要采用某种快速无损检测方法来评估桥梁的状况。由于测量相对简单快捷，基于影响线的损伤识别方法最近有广泛的应用。并且，最近提出了一种基于旋转影响线的鲁棒和新颖的损伤识别方法，这种方法仅使用桥梁两端的两个测点。结果表明，基于转角影响线的损伤识别方法即使距离传感器位置较远也能识别损伤，且转角影响线变化对局部损伤敏感性高。虽然这些损伤识别方法可以表征损伤位置的刚度变化，但它们不能识别桥梁的真实刚度，更不能估计的分布刚度。传统的影响线的测量需要布置接触式传感器，费时费力，并存在一定的风险。作为一种非接触式位移测量方法，基于视觉的位移测量技术克服了这一缺点，但在弱光条件下远程测量存在困难。基于微波干扰雷达技术的传感器系统主要通过对不同时间的微波电磁信号进行干扰处理，为位移测量提供了一种有潜力的非接触式位移测量方法。与目前广泛使用的点式传感器不同，微波干扰雷达设备可以看作是一种非接触式分布式传感技术。基于以上所述背景，有必要专利技术一种快速便捷、安全高效的桥梁刚度识别方法，以实现桥梁性能的无损评估。

技术实现思路

[0004]解决的技术问题：本专利技术公开了一种基于曲率包络面积和微波雷达的桥梁分布刚度识别方法，具有设备安装方便、测量快速便捷、鲁棒性好和非接触的优势，克服了已有方法传感器布设困难稳定性差的问题，有广泛应用于实际桥梁刚度识别的良好前景。
[0005]技术方案：
[0006]一种基于曲率包络面积和微波雷达的桥梁分布刚度识别方法，所述桥梁单元分布刚度识别方法包括以下步骤：
[0007]S1，在标定移动荷载p通过测试桥梁时，利用雷达对测试桥梁区域内各个测试单元
节点的位移影响线y(x
i
，t)进行同步监测，其中，x
i
表示第i个测试单元的前端节点位置，i＝1，2，...，N，N为测试桥梁的所有节点总数，x
N
＝l，l为测试桥梁跨度；
[0008]S2，对距离为Ax的测试单元i的前端节点位置x
i
和后端节点位置x
i+1
的位移影响线进行一阶差分计算，得到测试单元i的前端节点位置x
i
和后端节点位置x
i+1
的转角影响线θ(x
i
，t)、θ(x
i+1
，t)，对转角影响线θ(x
i
，t)、θ(x
i+1
，t)二者做差得到测试单元i的曲率包络面积A
κ
(x
i
，t)；
[0009]S3，计算标定移动荷载p引起的观测区域内测试单元i的弯矩包络面积影响线A
M
(x
i
，t)；
[0010]S4，对A
M
(x
i
，t)与A
κ
(x
i
，t)做商并在时间尺度取均值，得到测试单元i的均匀刚度EI(x
i
)。
[0011]进一步地，步骤S1中，利用雷达对测试桥梁区域内各个测试单元节点的位移影响线y(xi，t)进行同步监测的过程包括以下子步骤：
[0012]S11，调整雷达参数，将观测区域设置在雷达的主瓣范围内；驱使雷达对测试桥梁持续发射信号，捕捉主瓣范围内桥梁底面的回波信号；
[0013]S12，通过相位干涉法测得观测区域内移动荷载作用下所有距离单元测点的位移影响线在雷达和测点连线方向的分量，通过雷达自带的辅助定位装置推算出雷达距离桥梁底部距离H；
[0014]S13，通过几何关系转换得到测点单元i所属节点位置的真实竖向的位移影响线y(x
i
，t)：
[0015][0016]式中，y
r
(x
i
，t)为测点单元i的前端节点位置x
i
的径向位移影响线，R
i
为测点单元i的径向距离。
[0017]进一步地，步骤S2中，采用下述公式计算得到转角影响线θ(x
i
，t)：
[0018][0019]式中，y(x
i+1
，t)和y(x
i
，t)分别为测点单元i的后端节点位置x
i+1
和前端节点位置x
i
的真实竖向的位移影响线，Δx为后端节点位置x
i+1
和前端节点位置x
i
之间的距离。
[0020]进一步地，步骤S3中，根据第t时刻移动荷载位置x
t
与测试单元i的前端节点位置x
i
、后端节点位置x
i+1
的关系，计算得到测试单元i的弯矩包络面积影响线A
M
(x
i
，t)：
[0021][0022]其中，x
t
为移动荷载位置，P为移动荷载值，l为测试桥梁跨度。
[0023]进一步地，步骤S4中，采用下述公式计算得到测试单元i的均匀刚度EI(x
i
)：
[0024][0025]式中，T是标定移动荷载p通过测试单元i的总时长。
[0026]进一步地，采用下述公式计算得到总弯矩包络面积影响线：
[0027][0028]式中A
M_sum
(x
i
，t)为各轴引起的弯矩包络面积总响应，d
g
为第1个轴到第g个轴之间的距离，v为移动荷载的速度，G是轴的总数。
[0029]本专利技术提供了一种基于微波干涉雷达技术和曲率包络面积的桥梁单元分布刚度识别方法：首先，利用非接触同步测量的特点，提出的微波推理雷达实现了多点位移影响线的采集；然后，基于曲率包络面积与单元刚度一对一的精确对应关系，利用曲率、旋转和位移之间的本质本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于曲率包络面积和微波雷达的桥梁分布刚度识别方法，其特征在于，所述桥梁单元分布刚度识别方法包括以下步骤：S1，在标定移动荷载p通过测试桥梁时，利用雷达对测试桥梁区域内各个测试单元节点的位移影响线y(x
i
，t)进行同步监测，其中，x
i
表示第i个测试单元的前端节点位置，i＝1，2，...，N，N为测试桥梁的所有节点总数，x
N
＝l，l为测试桥梁跨度；S2，对距离为Δx的测试单元i的前端节点位置x
i
和后端节点位置x
i+1
的位移影响线进行一阶差分计算，得到测试单元i的前端节点位置x
i
和后端节点位置x
i+1
的转角影响线θ(x
i
，t)、θ(x
i+1
，t)，对转角影响线θ(x
i
，t)、θ(x
i+1
，t)二者做差得到测试单元i的曲率包络面积A
κ
(x
i
，t)；S3，计算标定移动荷载p引起的观测区域内测试单元i的弯矩包络面积影响线A
M
(x
i
，t)；S4，对A
M
(x
i
，t)与A
κ
(x
i
，t)做商并在时间尺度取均值，得到测试单元i的均匀刚度EI(x
i
)。2.根据权利要求1所述的基于曲率包络面积和微波雷达的桥梁分布刚度识别方法，其特征在于，步骤S1中，利用雷达对测试桥梁区域内各个测试单元节点的位移影响线y(xi，t)进行同步监测的过程包括以下子步骤：S11，调整雷达参数，将观测区域设置在雷达的主瓣范围内；驱使雷达对测试桥梁持续发射信号，捕捉主瓣范围内桥梁底面的回波信号；S12，通过相位干涉法测得观测区域内移动荷载作用下所有距离单元测点的位移影响线在雷达和测点连线方向的分量，通过雷达自带的辅助定位装置推算出雷达距离桥梁底部距离...

【专利技术属性】
技术研发人员：张光伟，许肇峰，魏斌，张欣，林宏磊，张建，
申请(专利权)人：广东交科检测有限公司，
类型：发明
国别省市：