【技术实现步骤摘要】
一种桥梁桩基础冲刷状态的高密度测点应变模态诊断方法
[0001]本专利技术涉及一种桥梁桩基础冲刷状态的高密度测点应变模态诊断方法，属于桥梁桩基础结构监测
技术介绍
[0002]桩基础结构是跨江越河桥梁的重要组成部分。在桥梁的全生命周期内，桩基础周围的土层面临着江流河水常年累月的冲刷侵蚀，累积的冲刷作用容易降低桥梁主体结构抵御风险的能力，严重影响着桥梁结构的正常运营安全。因此，迫切需要一种灵敏有效的技术手段，对桥梁桩基础结构的冲刷状态进行分析诊断，进而实现对运营桥梁结构安全性能的准确把控。
[0003]目前，面向于桥梁桩基础结构冲刷状态的传统监测分析手段主要依靠雷达、声呐、超声波以及各类冲刷点式监测传感技术，该类方法的有效性受设备影响较大，且水下环境复杂，极易对水下的传感设备造成损坏，此外传感设备的监测量程相当有限，一般不超过20米。随着传感技术的不断进步，以点式传感设备或分布式传感光纤为代表的新型传感技术为桥梁桩基础的冲刷状态监测提供了广阔的技术契机。但是，这类监测技术往往通过桥梁上部结构的振动信号进行桩基...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种桥梁桩基础冲刷状态的高密度测点应变模态诊断方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：S1：在桥梁桩基础上布设分布式动态传感光纤，获取桥梁桩基础的高密度应变模态振型矢量；S2：利用有限元模态分析理论，将S1中所述桥梁桩基础的高密度应变模态振型矢量中的单阶高密度应变模态振型转换为模态应变能；S3：依据S2中转换所得的桥梁桩基础的模态应变能，构建基于模态应变能的冲刷判别指标；S4：针对S3中得到的基于模态应变能的冲刷判别指标，解算基于模态应变能的冲刷判别阈值，并进而实现对桥梁桩基础冲刷状态的判别。2.根据权利要求1所述的一种桥梁桩基础冲刷状态的高密度测点应变模态诊断方法，其特征在于：S1所述桥梁桩基础的高密度应变模态振型矢量f的计算公式如下：f＝[f1,f2,...,f
j
,...,f
N
]j＝1,2,...,N
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式(1)中：N为桥梁桩基础的高密度应变模态振型的总阶数；f
j
为桥梁桩基础的第j阶高密度应变模态振型，且：f
j
＝φ
j
(x)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式(2)中：φ
j
(
·
)为桥梁桩基础的第j阶高密度应变模态振型函数；x为分布式动态传感光纤测点距桥梁桩基础顶部的距离。3.根据权利要求2所述的一种桥梁桩基础冲刷状态的高密度测点应变模态诊断方法，其特征在于：所述S2包括如下步骤：S201：在实验模态分析理论中，以桥梁桩基础的第j阶高密度应变模态振型f
j
为研究对象，且将单桩视为梁单元，则桥梁桩基础第k个单元的第j阶模态应变能MSE
k,j
为：式(3)中：a
k
为桥梁基础第k个单元起始点的坐标值；a
k+1
为桥梁基础第k个单元结束点的坐标值；EI为桥梁桩基础单桩的单元刚度；(EI)
k
为桥梁桩基础单桩第k个单元的刚度；为偏导符号；d为微分符号；n为分布式动态传感光纤的空间分辨率；i为桥梁桩基础每个单元所对应的测点数量；S202：设定桥梁桩基础冲刷前后的单元刚度不产生折减，则式(3)可简化为：
S203：利用有限元模态分析理论，式(4)进一步简化为：式(5)中：ε
j
为桥梁桩基础的第j阶位移模态振型；T为转置符号；k
k
为桥梁桩基础的第k个单元刚度矩阵；S204：依据S1所得桥梁桩基础的高密度应变模态振型矢量，构建桥梁桩基础的位移模态振型ε
j
与桥梁桩基础的第j阶高密度应变模态振型f
j
之间的转换关系如下：f
j
＝H
s
ε
j (6)式(6)中：H
s
为桥梁桩基础的位移模态振型与桥梁桩基础的第j阶高密度应变模态振型之间的单元转换矩阵；S205：设定桥梁桩基础受到图层的连续约束作用，则利用有限元模态分析理论，得到桥梁桩基础的位移模态振型与桥梁桩基础的第j阶高密度应变模态振型之间的单元转换矩阵H
s
如下：式(7)中：h为单元厚度；l为单元长度；得到桥梁桩基础的第k个单元刚度矩阵如下：S206：将式(6)至式(8)代入式(5)，则得桥梁桩基础的第j阶模态应变能向量如下：式(9)中：为桥梁桩基础第k个单元的第j阶模态应变能向量，且4.根据权利要求3所述的一种桥梁桩基础冲刷状态的高密度测点应变模态诊断方法，
其特征在于：所述S3包括如下步骤：S301：根据S206所得的桥梁桩基础模态应变能向量，利用极差法对其作标准化处理：式(11)中：为标准化处理后的桥梁桩基础第j阶模态应变能向量；为标准化处理后桥梁桩基础第k个单元的第j阶模态应变能，且式(1...
【专利技术属性】
技术研发人员：董凯智，陈秀艳，刘洋，
申请(专利权)人：哈工青岛交通智能装备科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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