一种基于车辆余振数据提取桥梁振动基频的方法和系统技术方案

本申请涉及一种基于车辆余振数据提取桥梁振动基频的方法和系统，该方法包括如下步骤：获取列车经过桥梁后采集到的桥梁的初始余振数据；将初始余振数据按照波形的变化趋势识别出衰减区和稳定区，衰减区为波峰的峰值具有变小趋势的区域，稳定区为连续多个波峰的峰值的平均值小于衰减区的连续多个波峰的峰值的平均值；基于衰减区和稳定区的初始余振数据筛选出优势单峰，优势单峰的峰值与相邻多个波峰的峰值的差值均大于第二阈值；基于优势单峰对应的初始余振数据进行频域分析，得到的第一结构自振频率范围作为桥梁振动基频。因此，该方法能够基于“小跨径、大刚度”的桥梁的余振数据得到桥梁振动基频，增加了余振法确定桥梁结构振动基频的准确性。振动基频的准确性。振动基频的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于车辆余振数据提取桥梁振动基频的方法和系统


[0001]本申请涉及桥梁结构工程监测
，具体地涉及一种基于车辆余振数据提取桥梁振动基频的方法和系统。

技术介绍

[0002]自振频率是桥梁的一个固有特性，是了解桥梁结构在列车动力荷载作用下产生动位移和动内力的一个重要因素，也是寻找桥梁产生较大振动的原因，从而提出有效减振措施的重要依据。当桥梁发生病害时，桥梁系统的刚度下降，自振频率降低，由于自振频率能直接反映桥梁体系的工作状态，所以国内外都十分重视桥梁体系的自振频率的计算分析和振动测试，并将之确定为桥梁体系病害诊断和状态评定的关键性指标。
[0003]测量桥梁体系自振频率时，常用的方法主要有车辆余振法（以下简称“余振法”）、环境振动法及模态试验分析法，各种方法均有其特殊的适用条件。由于其他模态试验分析法推广使用有限，更由于余振法的简单易行，使得余振法一直作为一种结构自振频率与阻尼比的测试方法被推荐使用。
[0004]余振法主要是依据车辆出桥后结构上某点（通常是跨中、墩顶）的余波衰减信号估算出某阶模态频率与阻尼比。事实上，余振法也有其特定适用条件的：首先，余振法应该用于较柔的中等跨度梁或中高墩，如此才有可能形成比较明显的余波振动；其次，余振法用于测试梁体的横向自振频率时，仅适用于两端刚性、桥跨较柔的结构，如单孔（两边桥台）较柔的简支梁型，或者两端为刚性较强桥墩（如低矮的石砌桥墩和双线桥墩）的同类简支梁型。因为只有这种类型的简支梁，梁体振动模态才比较单一。而对于小跨径、桥跨较刚的简支梁桥，余振法分析中幅值谱往往表现出多峰杂乱、数值接近的特征，这给结构基频识别带来了一定的困难，工程技术人员一般根据经验确定结构基频，识别过程具有较大的随意性。
[0005]环境振动法是利用大地脉动作为激励，并假定这种激励为白噪声，通过对桥墩在激励下的响应进行频谱分析来确定结构物的自振频率。因此，环境振动法对那些较柔的结构是有效的，但大部分铁路桥梁跨度小、刚度大，在微弱激励下的响应是微小的，测量信号的信噪比较低，不能得到清楚的振幅特征周期，出现了和余振法中类似的数个峰值的情形，故很难把握桥梁的自振频率。
[0006]模态试验法的原理是利用凝聚力锤或者其它形式的激振器作为外部激励，同时测量桥墩响应信号和激励信号，并对测得的信号进行频谱分析，求得传递函数，对传递函数进行拟合，然后结合振型来确定桥墩的自振频率。由于模态试验法必须测量力信号，这无形增加了测量的难度，且力信号的准确性直接影响分析结果。凝聚力锤的操作者必须位于击打点垂直方向，这时往往需要吊篮作为操作平台，操作难度较大，需要在桥梁上布置多个拾振器，布置拾振器的工作是比较繁琐的，且费用也相对较高，显然不适宜用该方法对大量的既有桥梁进行测试，而且得到数据中的峰值不明显。

技术实现思路

[0007]提供了本申请以解决现有技术中存在的上述问题。
[0008]旨在提供一种基于车辆余振数据提取桥梁振动基频的方法和系统，该方法使得“小跨径、大刚度”的桥梁也能通过余振法准确地得到桥梁的振动基频，突破余振法很难对“小跨径、大刚度”的桥梁进行振动基频分析的局限。
[0009]根据本申请的第一方案，提供了一种基于车辆余振数据提取桥梁振动基频的方法，该方法包括如下步骤。获取列车经过桥梁后采集到的所述桥梁的初始余振数据。将所述初始余振数据按照波形的变化趋势识别出具有时间先后顺序的衰减区和稳定区，其中所述衰减区为波峰的峰值具有变小趋势的区域，所述稳定区为连续多个波峰的峰值的平均值小于所述衰减区的连续多个波峰的峰值的平均值，且相邻两个波峰的峰值的差值小于第一阈值的区域。基于衰减区和稳定区的初始余振数据筛选出优势单峰，所述优势单峰的峰值与相邻多个波峰的峰值的差值均大于第二阈值。基于优势单峰对应的初始余振数据进行频域分析，得到的第一结构自振频率范围作为桥梁振动基频。
[0010]根据本申请的第二方案，提供一种基于车辆余振数据提取桥梁振动基频的系统。该系统包括接口和处理器。所述接口配置为：接收列车经过桥梁后采集到的所述桥梁的初始余振数据。所述处理器配置为：执行本申请各个实施例的基于车辆余振数据提取桥梁振动基频的方法。
[0011]利用根据本申请各个实施例的基于车辆余振数据提取桥梁振动基频的方法和系统，首先获取列车经过桥梁后采集到的所述桥梁的初始余振数据，基于这部分数据进行分析能够更多地排除列车经过时对传感器信号的影响；然后基于初始余振数据识别出可能包含桥梁自身结构振动数据的衰减区和稳定区，有助于得到准确的桥梁振动基频；基于衰减区和稳定区的初始余振数据筛选出脱颖而出的优势单峰，优势单峰是较为纯净的波峰，具有噪声小、桥梁受迫振动小和桥梁结构振动占比大的优势，有利于得到准确的桥梁振动基频。因此，能够基于“小跨径、大刚度”的桥梁的表现出多峰杂乱和数值接近的数据，筛选出合适和准确的数据进行分析并得到桥梁振动基频，解决通过余振法很难得到“小跨径、大刚度”桥梁的桥梁振动基频的问题。
附图说明
[0012]在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所公开的实施例进行说明。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。
[0013]图1示出根据本申请第一实施例的基于车辆余振数据提取桥梁振动基频的方法的流程图；图2示出根据本申请实施例的优势单峰的示意图；图3示出根据本申请第二实施例的基于车辆余振数据提取桥梁振动基频的方法的流程图；图4示出根据本申请实施例的优势多峰的示意图；图5示出车辆余振数据中的非优势多峰的示意图；
图6示出根据本申请第三实施例的基于车辆余振数据提取桥梁振动基频的方法的流程图；图7示出根据本申请实施例的包含自由衰减区域的部分初始余振数据的示意图；图8示出根据本申请实施例的基于自由衰减区域的相关参数的示意图；图9示出根据本申请实施例的第一种情况下的结构自振频率范围的比较示意图；图10示出根据本申请实施例的第二种情况下的结构自振频率范围的比较示意图；以及图11示出根据本申请实施例的基于车辆余振数据提取桥梁振动基频的系统的结构图。
具体实施方式
[0014]为使本领域技术人员更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作详细说明。下面结合附图和具体实施例对本申请的实施例作进一步详细描述，但不作为对本申请的限定。
[0015]本申请中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。本申请中使用的“A以上”包含A及比A大的数，使用的“B以下”不包含B而仅包含比B小的数。本申请中结合附图所描述的方法中各个步骤的执行顺序并不作为限定。只要不影响各个步骤之间的逻辑关系，可以将数个步骤整合为单个步骤，可以将单个步骤分解为多个步骤，也可以按本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于车辆余振数据提取桥梁振动基频的方法，其特征在于，所述方法包括：获取列车经过桥梁后采集到的所述桥梁的初始余振数据；将所述初始余振数据按照波形的变化趋势识别出具有时间先后顺序的衰减区和稳定区，其中所述衰减区为波峰的峰值具有变小趋势的区域，所述稳定区为连续多个波峰的峰值的平均值小于所述衰减区的连续多个波峰的峰值的平均值，且相邻两个波峰的峰值的差值小于第一阈值的区域；基于衰减区和稳定区的初始余振数据筛选出优势单峰，所述优势单峰的峰值与相邻多个波峰的峰值的差值均大于第二阈值；基于优势单峰对应的初始余振数据进行频域分析，得到的第一结构自振频率范围作为桥梁振动基频。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：基于衰减区和稳定区所对应的所述初始余振数据筛选出优势多峰，所述优势多峰包括连续的多个优势峰，多个所述优势峰的峰值均超过第三阈值，且任一所述优势峰与所述优势多峰外侧的相邻的多个波峰的峰值的差值均大于第四阈值；基于所述优势多峰所对应的初始余振数据，利用频域分析的方法得到第二结构自振频率范围；在所述第一结构自振频率范围包括于所述第二结构自振频率范围内的情况下，选择第一结构自振频率范围的至少部分作为桥梁振动基频范围；在所述第一结构自振频率范围处于所述第二结构自振频率范围外的情况下，则选择第二结构自振频率范围作为桥梁振动基频范围。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于衰减区和稳定区所对应的所述初始余振数据选取优势多峰进一步包括：所述优势多峰中的任何一个优势峰的幅值一半的位置对应的峰宽小于第五阈值。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：在衰减区和稳定区内的所述优势单峰的数量小于所述优势多峰的数量，且所有优势单峰的数量小于第六阈值的情况下，选择第二结构自振频率范围作为桥梁振动基频范围。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：基于衰减区和稳定区的初始余振数据，筛选出自由衰减区域，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘韶鹏，王长欣，吴连奎，王福星，
申请(专利权)人：北京云庐科技有限公司，
类型：发明
国别省市：