一种箱梁裂纹状态定量评估方法技术

本发明专利技术提供了一种箱梁裂纹状态定量评估方法，属于桥梁健康监测领域，包括如下步骤：根据裂纹发展过程中的箱梁谐振动响应构建状态特征量簇；计算裂纹发展过程中状态特征量簇的三维概率密度函数；根据三维概率密度函数在基准空间中的分布建立不同裂纹状态对应的置信域；根据所述三维概率密度函数计算置信度指标，通过置信度指标反映箱梁裂纹在置信域的概率比以对裂纹状态进行定量评估。本发明专利技术能够通过箱梁谐振动响应构建状态特征量簇，并计算裂纹发展过程中的三维概率密度函数，通过三维概率密度函数计算置信度指标，通过置信度指标反映箱梁裂纹在各置信域的概率比，从而实现对箱梁裂纹状态进行定量评估。梁裂纹状态进行定量评估。梁裂纹状态进行定量评估。

【技术实现步骤摘要】
一种箱梁裂纹状态定量评估方法


[0001]本专利技术属于桥梁健康监测领域，具体涉及一种箱梁裂纹状态定量评估方法。

技术介绍

[0002]桥梁箱梁在车辆荷载及其他可变荷载的作用下，内部应力反复变化，在残余应力的共同作用下，焊接及截面突变部位会发生应力集中，导致极易产生疲劳裂纹。裂纹发展到后期会对箱梁受力产生显著影响，已成为威胁桥梁安全甚至诱发桥梁倒塌的隐患。因此，对箱梁裂纹状态进行定量评估，为箱梁及时修复和加固提供依据，对于保障桥梁健康至关重要。
[0003]现有技术通过对结构谐振动响应进行奇异谱分析，得到不同损伤状态下的状态特征量，根据状态特征量簇的不同分布实现损伤状态区分。然而，若干个损伤状态对应的状态特征量簇往往具有明显的交集，难以定量描述处于交集中的状态特征量对应的损伤状态，导致利用现有技术对箱梁裂纹进行定量评估存在一定局限性。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种箱梁裂纹状态定量评估方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种箱梁裂纹状态定量评估方法，包括如下步骤：
[0007]根据裂纹发展过程中的箱梁谐振动响应构建状态特征量簇；
[0008]计算裂纹发展过程中所述状态特征量簇的三维概率密度函数，所述三维概率密度函数公式为：
[0009][0010]式中，f
1M*
(D1)、f
2M*
(D2)和f
3M*
(D3)分别为裂纹状态M在三个维度方向的归一化核密度函数；
[0011]根据所述三维概率密度函数在基准空间中的分布建立不同裂纹状态对应的置信域Ω
M
；
[0012]根据所述三维概率密度函数计算置信度指标，通过所述置信度指标反映箱梁裂纹在所述置信域的概率比以对裂纹状态进行定量评估。
[0013]优选的，所述状态特征量簇的构建方法包括以下步骤：
[0014]根据箱梁健康状态下的谐振动响应X0(t)构造其Hankel矩阵对所述进行奇异值分解令U为对应的基准空间；
[0015]测量裂纹发展过程中箱梁在同一裂纹状态下的谐振动响应数据集X
i
(t)(i＝1,2,3,...)，计算其对应的Hankel矩阵向基准空间U投影得到计算A
i
前三阶主
成分向量的二范数集合，由集合构造状态特征量簇其中表示由X0(t)得到的二范数。
[0016]优选的，所述归一化核密度函数公式为：
[0017][0018]式中，为高斯函数，n为信号数量，σ为标准差。
[0019]优选的，箱梁试件通过电磁激振器进行简谐激励，箱梁谐振动响应通过激光测振仪测得。
[0020]优选的，所述电磁激振器为丹麦B&K公司生产的4890模态激振器；所述激光测振仪为德国Polytec公司生产的PSV
‑
400激光扫描测振仪。
[0021]优选的，所述置信度指标β为：
[0022][0023]式中，Ⅰ、Ⅱ、M
……
表示不同的裂纹状态，F，F，...F
M
为不同裂纹状态对应的三维概率密度函数。
[0024]本专利技术提供的箱梁裂纹状态定量评估方法具有以下有益效果：
[0025]本专利技术能够通过箱梁谐振动响应构建状态特征量簇，并计算裂纹发展过程中的状态特征量簇的三维概率密度函数，通过三维概率密度函数在基准空间中的分布能够建立不同裂纹状态对应的置信域，再根据三维概率密度函数计算置信度指标，通过置信度指标反映箱梁裂纹在各置信域的概率比，从而实现对箱梁裂纹状态进行定量评估。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例及其设计方案，下面将对本实施例所需的附图作简单的介绍。下面描述中的附图仅仅是本专利技术的部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1为本专利技术实施例的箱梁裂纹状态定量评估方法的流程示意图；
[0028]图2为本专利技术实施例中钢箱梁模型示意图；
[0029]图3是本专利技术实施例中不同裂纹状态下的状态特征量簇图；
[0030]图4是本专利技术实施例中不同裂纹状态的置信域图；
[0031]图5是本专利技术实施例中不同裂纹状态的置信度指标图。
具体实施方式
[0032]为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案并能予以实施，下面结合附
图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0033]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术的技术方案和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0034]此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定或限定，术语“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，在此不再详述。
[0035]实施例
[0036]本专利技术提供了一种箱梁裂纹状态定量评估方法，包括如下步骤(如图1所示)：
[0037]步骤1：根据裂纹发展过程中的箱梁谐振动响应构建状态特征量簇。
[0038]状态特征量簇的构建方法包括以下步骤：
[0039]根据箱梁健康状态下的谐振动响应X0(t)构造其Hankel矩阵对进行奇异值分解令U为对应的基准空间；
[0040]测量裂纹发展过程中箱梁在同一裂纹状态下的谐振动响应数据集X
i
(t)(i＝1,2,3,...)，计算其对应的Hankel矩阵向基准空间U投影得到计算A
i
前三阶主成分向量的二范数集合，由集合构造状态特征量簇其中表示由X0(t)得到的二范数。
[0041]步骤2：计算裂纹发展过程中状态特征量簇的三维概率密度函数，三维概率密度函数公式为：
[0042][0043]式中，f
1M*
(D1)、f
2M*
(D2)和f
3M*
(D3)分别为裂纹状态M在三个维度方向的归一化核密度函数，归一化核密度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种箱梁裂纹状态定量评估方法，其特征在于，包括如下步骤：根据裂纹发展过程中的箱梁谐振动响应构建状态特征量簇；计算裂纹发展过程中所述状态特征量簇的三维概率密度函数，所述三维概率密度函数公式为：其中，f
1M*
(D1)、和分别为裂纹状态M在三个维度方向的归一化核密度函数；根据所述三维概率密度函数在基准空间中的分布建立不同裂纹状态对应的置信域Ω
M
；根据所述三维概率密度函数计算置信度指标，通过所述置信度指标反映箱梁裂纹在所述置信域的概率比以对裂纹状态进行定量评估。2.根据权利要求1所述的箱梁裂纹状态定量评估方法，其特征在于，所述状态特征量簇的构建方法包括以下步骤：根据箱梁健康状态下的谐振动响应X0(t)构造其Hankel矩阵对所述进行奇异值分解令U为对应的基准空间；测量裂纹发展过程中箱梁在同一裂纹状态下的谐振动响应数据集X
i
(t)(i＝1,2,3,...)，计算其对应的Hankel矩阵向基准空间U投影...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐炜，曹茂森，卢启天，钱向东，陆云凤，张鑫，
申请(专利权)人：苏交科集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：