一種基于車橋接觸響應(yīng)的曲線橋梁模態(tài)振型識(shí)別方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)屬于橋梁健康監(jiān)測(cè)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，提出了一種基于車橋接觸響應(yīng)的曲線橋梁模態(tài)振型識(shí)別方法，包括數(shù)據(jù)的采集與處理，移動(dòng)車

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種基于車橋接觸響應(yīng)的曲線橋梁模態(tài)振型識(shí)別方法


[0001]本專利技術(shù)屬于橋梁健康監(jiān)測(cè)檢測(cè)
，具體涉及一種基于移動(dòng)車
?
曲線橋接觸響應(yīng)的曲線橋梁豎向和徑向模態(tài)振型識(shí)別方法。

技術(shù)介紹

[0002]橋梁作為打破天然或人工地理隔閡的重要建筑物，對(duì)人們的交通、交流，城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。然而，橋梁在服役期間會(huì)不可避免的受到車輛荷載、環(huán)境侵蝕等各種作用，其健康問(wèn)題一直是人們關(guān)注的重點(diǎn)。2021年末，我國(guó)公路橋梁達(dá)到96.11萬(wàn)座，7380.21萬(wàn)延米，對(duì)于我國(guó)近百萬(wàn)座橋梁而言，發(fā)展快速、高效的橋梁健康檢測(cè)技術(shù)是保障橋梁安全運(yùn)營(yíng)的重要手段。
[0003]為了檢測(cè)橋梁的健康狀況，基于橋梁振動(dòng)的方法被廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)檢測(cè)方法是將大量振動(dòng)傳感采集設(shè)備直接安裝在橋梁上，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁振動(dòng)響應(yīng)的連續(xù)采集。然而，因高額的安裝和維護(hù)成本，此類方法通常限用于大跨、特大跨橋梁以及特殊橋梁結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)檢測(cè)。對(duì)于我國(guó)數(shù)量占比達(dá)90％以上的中小跨徑橋梁而言，亟待研究一種經(jīng)濟(jì)、高效的橋梁健康監(jiān)測(cè)檢測(cè)技術(shù)。
[0004]當(dāng)車輛通過(guò)橋梁時(shí)，移動(dòng)車輛和橋梁形成一個(gè)耦合系統(tǒng)，在此系統(tǒng)內(nèi)部，移動(dòng)車輛作用使橋梁產(chǎn)生振動(dòng)，同時(shí)，橋梁也將其自身的振動(dòng)傳遞給移動(dòng)車輛。基于此特性，基于移動(dòng)車輛響應(yīng)獲取橋梁振動(dòng)數(shù)據(jù)的橋梁健康檢測(cè)方法得到廣泛關(guān)注。該方法在移動(dòng)車輛上布置少量的傳感器，具有機(jī)動(dòng)、經(jīng)濟(jì)、通用等特點(diǎn)。
[0005]另外，目前的技術(shù)研究集中于直線橋梁，對(duì)于直線橋梁而言，橋梁的豎向響應(yīng)可反映橋梁的健康狀況。對(duì)于基于移動(dòng)車
?
曲線橋接觸響應(yīng)的曲線橋梁模態(tài)振型識(shí)別技術(shù)方法處于空白狀態(tài)。對(duì)于曲線橋梁而言，橋梁豎向和徑向(水平)模態(tài)振型均可反映橋梁的健康狀況。如何有效識(shí)別曲線橋梁豎向和徑向模態(tài)振型，并消除車體自身豎向和側(cè)向(水平)響應(yīng)對(duì)橋梁模態(tài)振型識(shí)別的影響，對(duì)于橋梁健康檢測(cè)有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

[0006]在本領(lǐng)域頻率作為重要的模態(tài)參數(shù)，是評(píng)估橋梁健康狀態(tài)的重要指標(biāo)之一。中國(guó)專利技術(shù)專利申請(qǐng)“基于移動(dòng)車輛響應(yīng)的曲線橋豎向和徑向模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法”(申請(qǐng)?zhí)枮镃N202310076351X)，將車輛視為質(zhì)量塊M來(lái)設(shè)計(jì)模型，在數(shù)據(jù)采集階段通過(guò)設(shè)置加速度傳感器采集到車體豎向振動(dòng)響應(yīng)和側(cè)向振動(dòng)響應(yīng)，在數(shù)據(jù)處理階段通過(guò)消除車體中車體豎向頻率和側(cè)向頻率的干擾，以實(shí)現(xiàn)橋梁頻率識(shí)別可見(jiàn)性，如此可應(yīng)用于橋梁健康狀態(tài)評(píng)估。由于處于前沿初期的研究，中國(guó)專利技術(shù)專利申請(qǐng)“基于移動(dòng)車輛響應(yīng)的曲線橋豎向和徑向模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法”(申請(qǐng)?zhí)枮镃N202310076351X)僅將模型視為質(zhì)量塊，尚未考慮搖擺動(dòng)態(tài)參數(shù)特性。
[0007]在本領(lǐng)域模態(tài)振型為另一重要的模態(tài)參數(shù)，也是評(píng)估橋梁健康狀態(tài)的重要指標(biāo)之一。
[0008]本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于移動(dòng)車
?
曲線橋接觸響應(yīng)的曲線橋梁豎向和徑向模態(tài)振型識(shí)別方法，該專利技術(shù)應(yīng)用方法構(gòu)思所體現(xiàn)出的智慧和策略為：
[0009](1)綜合考慮車體的豎向、搖擺和側(cè)向動(dòng)態(tài)參數(shù)，將車體當(dāng)作鋼軸，模型趨于完善，使模型更符合日常車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在車體車軸上靠近左右車輪處和車軸中心處分別安裝用于采集豎向和側(cè)向振動(dòng)數(shù)據(jù)的傳感器，依此計(jì)算車體的豎向、搖擺和側(cè)向響應(yīng)，基于豎向和水平方向的車橋耦合作用，從車體響應(yīng)中間接識(shí)別曲線橋梁豎向和徑向模態(tài)參數(shù)。
[0010](2)基于車體的豎向、搖擺和側(cè)向響應(yīng)，建立移動(dòng)車
?
曲線橋接觸響應(yīng)反算方法，從而消除車體豎向、搖擺和側(cè)向自振對(duì)識(shí)別曲線橋梁模態(tài)參數(shù)的影響，增強(qiáng)曲線橋梁豎向和徑向模態(tài)參數(shù)識(shí)別效果。
[0011](3)基于移動(dòng)車
?
曲線橋接觸響應(yīng)，結(jié)合變分模態(tài)分解和同步擠壓小波變換聯(lián)合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)曲線橋梁豎向和徑向模態(tài)振型的高效識(shí)別，從而應(yīng)用于橋梁健康狀態(tài)評(píng)估。
[0012]一種基于移動(dòng)車
?
曲線橋接觸響應(yīng)的曲線橋梁豎向和徑向模態(tài)振型識(shí)別方法，包括數(shù)據(jù)的采集與處理，移動(dòng)車
?
曲線橋接觸響應(yīng)的反算，構(gòu)造出曲線橋梁模態(tài)振型，通過(guò)識(shí)別模態(tài)振型從而可應(yīng)用于橋梁健康狀態(tài)評(píng)估。
[0013]具體包括如下各步驟：
[0014]一數(shù)據(jù)的采集與處理：
[0015]步驟1：將加速度傳感器S
vl
、S
vr
(l表示左輪，r表示右輪)安裝于車體車軸上靠近左右車輪處，加速度傳感器S
r
安裝于車體車軸中心處，如圖2所示。基于車橋耦合原理，曲線橋梁的豎向和徑向振動(dòng)響應(yīng)將傳遞給車輛，使得車體產(chǎn)生豎向、搖擺和側(cè)向振動(dòng)；
[0016]步驟2：測(cè)量車輛行駛過(guò)曲線橋梁，傳感器S
vl
、S
vr
可以采集到車體左右兩車輪處的豎向振動(dòng)響應(yīng)和傳感器S
r
可以采集到車體的側(cè)向振動(dòng)響應(yīng)利用公式(26)計(jì)算車體的豎向和搖擺振動(dòng)響應(yīng)和
[0017]二移動(dòng)車
?
曲線橋接觸響應(yīng)的反算：
[0018]步驟3：利用公式(25)對(duì)車體的豎向振動(dòng)響應(yīng)搖擺振動(dòng)響應(yīng)和側(cè)向振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行關(guān)于時(shí)間t的求導(dǎo)；
[0019]步驟4：將公式(25)對(duì)應(yīng)帶入公式(24)，求解G
vl
、G
vr
和G
r
；
[0020]步驟5：利用公式(23)計(jì)算移動(dòng)車
?
曲線橋接觸加速度豎向和徑向響應(yīng)和并識(shí)別曲線橋梁豎向和徑向頻率。
[0021]三曲線橋梁模態(tài)振型的構(gòu)造：
[0022]步驟6：為了識(shí)別振型，利用變分模態(tài)分解技術(shù)，從步驟5計(jì)算得到的移動(dòng)車
?
曲線橋接觸豎向和徑向加速度響應(yīng)(即公式(23a、23b))中分離出單一的包含曲線橋梁豎向和徑向響應(yīng)的相關(guān)分量，為公式(27a、27b)所示；
[0023]步驟7：分別對(duì)含有曲線橋梁豎向響應(yīng)的移動(dòng)車
?
曲線橋接觸豎向加速度分量響應(yīng)(公式27a)，和含有曲線橋梁徑向響應(yīng)的移動(dòng)車
?
曲線橋接觸徑向加速度分量響應(yīng)(公式27b)，應(yīng)用連續(xù)小波變換，得到曲線橋梁豎向和徑向分量響應(yīng)的連續(xù)小波系數(shù)W
uv
(a,b)和W
ur
(a,b)，為公式(28a、28b)所示；
[0024]步驟8：對(duì)于一個(gè)固定的小波中心頻率a
bv,n
＝ω0/ω
bv,n
和a
br,1
＝ω0/ω
br,1
，連續(xù)小
波系數(shù)|W
uv
(a
bv,n
,b)|和|W
ur
(a
br,1
,b)|分別達(dá)到區(qū)域最大值，為公式(29a、29b)所示，其中反映了曲線橋梁分量響應(yīng)對(duì)應(yīng)的振型；
[0025]步驟9：結(jié)合同步擠壓小波變換技術(shù)，即對(duì)連續(xù)小波系數(shù)W
uv
(a,b)和W
uv
(本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于車橋接觸響應(yīng)的曲線橋梁模態(tài)振型識(shí)別方法，其特征在于，包括數(shù)據(jù)的采集與處理，移動(dòng)車
?
曲線橋接觸響應(yīng)的反算，構(gòu)造出曲線橋梁模態(tài)振型，通過(guò)識(shí)別模態(tài)振型從而可應(yīng)用于橋梁健康狀態(tài)評(píng)估。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括如下各步驟：一、數(shù)據(jù)的采集與處理：步驟1：將加速度傳感器S
vl
、S
vr
安裝于車體車軸上靠近左右車輪處，其中l(wèi)表示左輪，r表示右輪，加速度傳感器S
r
安裝于車體車軸中心處，基于車橋耦合原理，曲線橋梁的豎向和徑向振動(dòng)響應(yīng)將傳遞給車輛，使得車體產(chǎn)生豎向、搖擺和側(cè)向振動(dòng)；步驟2：測(cè)量車輛行駛過(guò)曲線橋梁，傳感器S
vl
、S
vr
采集到車體左右兩車輪處的豎向振動(dòng)響應(yīng)和傳感器S
r
采集到車體的側(cè)向振動(dòng)響應(yīng)利用公式(26)計(jì)算車體的豎向和搖擺振動(dòng)響應(yīng)和二、移動(dòng)車
?
曲線橋接觸響應(yīng)的反算：步驟3：利用公式(25)對(duì)車體的豎向振動(dòng)響應(yīng)搖擺振動(dòng)響應(yīng)和側(cè)向振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行關(guān)于時(shí)間t的求導(dǎo)；步驟4：將公式(25)對(duì)應(yīng)帶入公式(24)，求解G
vl
、G
vr
和G
r
；步驟5：利用公式(23)計(jì)算移動(dòng)車
?
曲線橋接觸加速度豎向和徑向響應(yīng)和并識(shí)別曲線橋梁豎向和徑向頻率；三、曲線橋梁模態(tài)振型的構(gòu)造：步驟6：為了識(shí)別振型，利用變分模態(tài)分解技術(shù)，從步驟5計(jì)算得到的移動(dòng)車
?
曲線橋接觸豎向和徑向加速度響應(yīng)即公式(23a、23b)中分離出單一的包含曲線橋梁豎向和徑向響應(yīng)的相關(guān)分量，為公式(27a、27b)所示；步驟7：分別對(duì)含有曲線橋梁豎向響...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊永斌，劉玉紅，徐昊，楊德乘，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：重慶大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：