【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于桥梁结构检、监测领域，涉及了一种利用健康监测加速度时程数据的损伤识别方法；具体的是，涉及了一种基于长期振动监测数据的大跨悬索桥结构损伤识别方法。
技术介绍
1、加速度时程数据是桥梁健康监测系统中的重要测试项目，有效利用结构监测系统输出的历年监测数据，采用损伤识别方法进行桥梁结构的健康度评价，对桥梁结构的安全运营具有重要意义。一般而言，桥梁结构受力、变形及动力响应特征与所受荷载在时序上存在一一对应关系，比如，车辆荷载过桥时，主梁线性、斜拉索索力、吊索索力、结构应变等随之变化明显。在这类荷载长期作用下，结构中某些构件逐渐出现损伤，使整体结构的刚度也随之变化，而这一变化能通过结构的整体累计耗能反映。
2、因此，建立结构健康监测数据与结构累计耗能之间有效的关系，分析在运营荷载作用下结构整体刚度的变化，对于定量评估运营荷载长期作用下结构的服役性能和健康度具有重要意义。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术的目的是提供了一种基于长期振动监测数据的大跨悬索桥结构损伤识别方法。
2、技术方案：本专利技术所述的基于长期振动监测数据的大跨悬索桥结构损伤识别方法，其操作步骤如下：
3、(1)：获取结构振动响应数据；
4、(2)：对结构振动响应数据进行滤波；
5、(3)：计算滤波后结构响应数据的均方根包络时程曲线；
6、(4)：计算结构不同测点的能量累计指标占比；
7、(5)：计算结构损伤评估阈值参数；
8、(6)：确定在长期运营荷载作用下结构的易损部位。
9、进一步的，在步骤(1)中，所述获取的数据包括获得结构加速度振动数据，并将历年的数据按月整理，将结构在第i个月第j个测点的振动加速度响应数据记为uij(t)，i＝1,2,…,m，j＝1,2,…,ns，其中，m为历年数据的月份总数，ns为结构加速度测点总数。
10、进一步的，在步骤(2)中，所述对结构振动响应数据进行滤波的操作步骤如下：
11、(2.1)：首先对结构进行有限元建模，并进行模态分析，得到结构各阶模态频率，
12、然后结合振动测点数量与分布情况确定监测系统采集的结构振动模态阶数，并选择合适的目标频率带宽[fmin,fmax]使其覆盖各阶自振频率；
13、(2.2)：利用希尔伯特-黄变换中的经验模态分解(emd)，将原始数据uij(t)分解为n阶固有模态分量ck(t)(k＝1,2,…,n)；
14、(2.3)：对各阶imf分量进行功率谱密度分析，剔除振动频率小于fmin的imf分量，并利用分型守恒原理对剩余的imf分量进行滤波，得到lk(t)(k＝1,2,…,nl)，nl为筛选得到的有效imf分量阶数；
15、组合各阶滤波后的imf分量：获得滤波加速度时程信号；其中，滤波函数为：
16、
17、其中，t是所给定的任意时刻范围最大值，ω为信号的振动频率，参数a和b分别表示局部扩散项与非局部反扩散项；
18、参数a和b可以通过由目标频率带宽确定的门限频率(ω1)，极大值频率(ωm)以及极大值频率对应的值(m值)计算获得，其表达式为：
19、
20、
21、
22、其中，ω1和ωm满足两者的比值仅与参数λ有关，当λ在(0,2)区间内变化时，两者的比值在内变化；
23、为便于操作在实际情况中，可以将λ、ω1以及m设为定值。
24、进一步的，在步骤(3)中，所述计算滤波后结构响应数据的均方根(rms)包络时程曲线是具体包括将滤波得到的加速度数据进行均方根(rms)包络，以w为rms包络内滑窗长度分别计算rms上包络曲线uup(t)和rms下包络曲线ulow(t)，其表达式为：
25、
26、进一步的，在步骤(4)中，所述计算结构不同测点的能量累计指标占比的操作步骤如下：
27、(4.1)：利用加速度时程曲线的上下rms包络线来计算时间间隔内与加速度振动相关的时域能量；其表达式为：
28、
29、其中，nrec是记录的时间历程的计数，该值取决于监测数据的量；ntime是记录的时间历史中的采样点数量；
30、(4.2)：以历年时域信号能量erms为基础，计算其测点j的累计能量随时间的相对变化量hj，将j测点的累计能量变化量除以全桥测点的累计能量变化量，得到占比qj；其中，hj与qj的表达式分别为：
31、
32、
33、其中，为桥梁运营过程中加速度时程的时域能量；为桥梁初始状态下加速度时程的时域能量；ns为全桥振动测点数量。
34、进一步的，在步骤(5)中，所述计算结构损伤评估阈值参数具体包括利用各个测点的累计能量变化量与全桥测点的累计能量变化量的占比qj，计算结构累计能量阈值tj，并将其作为损伤指标评估各测点的结构健康状态；其表达式为：
35、
36、进一步地，如果(∑qj)/ns≤tj，则说明结构在j测点处可能存在结构性损伤。
37、进一步地，如果(∑qj)/ns＞tj，则说明结构未存在结构性损伤。
38、进一步地，当结构各个测点根据历年tj的变化差异判断结构的易损位置时；tj变化大的位置相对于小的位置则更易发生损伤。
39、有益效果：本专利技术与现有技术相比，本专利技术的特点是：本专利技术可以较为准确地计算结构加速度时程与结构累计耗能之间的关系，并判断结构出现损伤的位置以及评估整体的健康状态；可以程序化实现，操作简单快捷，具有广泛的工程应用价值，为结构的健康诊断和状态评估提供技术支撑。
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1.基于长期振动监测数据的大跨悬索桥结构损伤识别方法，其特征在于：其操作步骤如下：
2.根据权利要求1所述的基于长期振动监测数据的大跨悬索桥结构损伤识别方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述获取的数据包括获得结构加速度振动数据，并将历年的数据按月整理，将结构在第i个月第j个测点的振动加速度响应数据记为uij(t)，i＝1,2,…,M，j＝1,2,…,ns，其中，M为历年数据的月份总数，ns为结构加速度测点总数。
3.根据权利要求1所述的基于长期振动监测数据的大跨悬索桥结构损伤识别方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述对结构振动响应数据进行滤波的操作步骤如下：
4.根据权利要求3所述的基于长期振动监测数据的大跨悬索桥结构损伤识别方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的基于长期振动监测数据的大跨悬索桥结构损伤识别方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述计算滤波后结构响应数据的均方根包络时程曲线是具体包括将滤波得到的加速度数据进行均方根包络，以w为RMS包络内滑窗长度分别计算RMS上包络曲线uup(t)和RMS下包络曲线ulow(t)，
6.根据权利要求1所述的基于长期振动监测数据的大跨悬索桥结构损伤识别方法，其特征在于：在步骤(4)中，所述计算结构不同测点的能量累计指标占比的操作步骤如下：
7.根据权利要求1所述的基于长期振动监测数据的大跨悬索桥结构损伤识别方法，其特征在于：在步骤(5)中，所述计算结构损伤评估阈值参数具体包括利用各个测点的累计能量变化量与全桥测点的累计能量变化量的占比Qj，计算结构累计能量阈值Tj，并将其作为损伤指标评估各测点的结构健康状态；其表达式为：
8.根据权利要求7所述的基于长期振动监测数据的大跨悬索桥结构损伤识别方法，其特征在于：如(∑Qj)/ns≤Tj，则表示结构在j测点处可存在结构性损伤。
9.根据权利要求7所述的基于长期振动监测数据的大跨悬索桥结构损伤识别方法，其特征在于：如(∑Qj)/ns＞Tj，则表示结构未存在结构性损伤。
10.根据权利要求9所述的基于长期振动监测数据的大跨悬索桥结构损伤识别方法，其特征在于：其中，当结构各个测点根据历年Tj的变化差异判断结构的易损位置时；Tj变化大的位置相对于小的位置则易发生损伤。
...【技术特征摘要】
1.基于长期振动监测数据的大跨悬索桥结构损伤识别方法，其特征在于：其操作步骤如下：
2.根据权利要求1所述的基于长期振动监测数据的大跨悬索桥结构损伤识别方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述获取的数据包括获得结构加速度振动数据，并将历年的数据按月整理，将结构在第i个月第j个测点的振动加速度响应数据记为uij(t)，i＝1,2,…,m，j＝1,2,…,ns，其中，m为历年数据的月份总数，ns为结构加速度测点总数。
3.根据权利要求1所述的基于长期振动监测数据的大跨悬索桥结构损伤识别方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述对结构振动响应数据进行滤波的操作步骤如下：
4.根据权利要求3所述的基于长期振动监测数据的大跨悬索桥结构损伤识别方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的基于长期振动监测数据的大跨悬索桥结构损伤识别方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述计算滤波后结构响应数据的均方根包络时程曲线是具体包括将滤波得到的加速度数据进行均方根包络，以w为rms包络内滑窗长度分别计算rms上包络曲线uup(t)和rms下包络曲线ulow(t)，其表达式...
【专利技术属性】
技术研发人员：邵越风，陈哲衡，缪长青，孙传智，庄美玲，杜文平，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：
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