基于實測加速度的大跨度橋梁結構外界時段激勵評價方法技術

基于實測加速度的大跨度橋梁結構外界時段激勵評價方法，首先由橋梁結構上設置的加速度采集單元、應變/應力采集單元進行數據采集，提取出橋梁結構健康監測系統的加速度采集單元的加速度數據，經過濾波去噪處理；其次將一天24小時數據按照小時進行劃分，一共分成24個時段；再次針對24個時段的數據進行振動的均方根處理；每個時段計算出來的數據進行累加即24個數據進行累加；繼而利用每個時段結果和累加的24個數據結果，推算出每個時段振動比例，提供一種使用范圍廣，測量精度高的大跨度橋梁結構外界時段激勵評價方法。可廣泛應用于大型建筑、隧道等常見的重大基礎設施的結構健康監測。

【技術實現步驟摘要】
【專利說明】 一、
本專利技術涉及一種結構外界時段激勵評價方法，涉及到大跨度橋梁的結構健康監 測，具體是一種。 二、背景介紹 大跨度橋梁的結構健康監測在橋梁的管理和養護過程中發揮著重要的作用。結構 健康監測數據是分析橋梁結構損傷以及外界激勵作用的重要參考。傳統的結構損傷判斷較 為簡單，僅僅通過有限元分析工具來模擬外界激勵以及橋梁響應，然而激勵的不確定性以 及隨機性很難精確模擬，激勵對橋梁結構的作用影響較大，模擬不準確往往會造成對橋梁 的結構健康狀態評價不夠精確。 采用基于橋梁結構健康監測的實測數據來分析橋梁結構損傷是一種在實際外界 激勵條件下的評價方法，結論具有可靠性和說服力。采用加速度均方根值以及函數逼近方 法來評價外界激勵的時段響應具有準確解決外界激勵不確定性和隨機性的作用。對于橋梁 的科學管理和維護工作，具有積極作用。 三、
技術實現思路
本專利技術的目的在于，提供一種使用范圍廣，測量精度高的大跨度橋梁結構外界時 段激勵評價方法，該方法只需將時刻帶入擬合函數或者曲線進行計算即可實時得出任何時 刻外界激勵對橋梁結構狀態的振動影響。該方法還可廣泛應用于大型建筑、隧道等常見的 重大基礎設施的結構健康監測。 本專利技術的目的是這樣實現的：基于實測加速度的大跨度橋梁結構外界時段激勵評 價方法，首先由橋梁結構上設置的加速度采集單元、應變/應力采集單元進行數據采集，將 橋梁結構健康監測系統的加速度采集單元的加速度數據提取出來，并經過濾波去噪處理； 其次將一天24小時數據按照小時進行劃分，一共分成24個時段；再次針對24個時段的數 據進行振動的均方根（RMS)處理，計算RMS處理結果。每個時段計算出來的數據進行累加 即24個數據進行累加；繼而利用每個時段結果和累加的24個數據結果，推算出每個時段振 動比例，通過圖形方式描述出振動比例變化趨勢圖；最后通過高斯逼近方法，計算出擬合函 數的各階參數，從而可以推導出擬合函數以及擬合曲線。根據擬合函數或者擬合曲線，可以 計算任意時刻外界激勵的變化規律以及振動RMS比例，從而可以更好的評價外界激勵對橋 梁結構狀態變化的作用規律。 所述的均方根（RMS)處理，是指對每個時段的數據進行均方根值計算，公式如下：其中Xi代表這個時間段內所有的加速度數值，N代表這個時間段內采集到的加速 度個數，Xms代表計算出來的加速度有效值。 所述的每個時段振動比例值，各時段的振動有效值除以所有時段累加值來計算 的，公式如下： 其中R(i)代表計算出的個時段振動比例值，Ui)代表第i個時段的加速度有效 值。 所述的高斯逼近方法通過如下公式來計算， f(X)=al*exp(_ ((x_bl)/cl) ~2)+a2*exp(_ ((x_b2)/c2) ~2) +a3*exp(- ((x_b3) /c3) ~ 2) +a4*exp(- ((x_b4) /c4) ~ 2) +a5*exp(_((x_b5)/c5)~ 2)+a6*exp(_ ((x_b6)/c6)~ 2)其中f(x)代表擬合函數；al,a2,a3,a4,a5,a6 ;bl,b2,b3,b4,b5,b6 ;cl,c2,c3,c4 ，c5,c6分別代表各階參數，實際應用中可以通過具體原始數值擬合出來。 ，所述的橋梁結構健康 監測系統包括數據采集模塊，信號調理模塊，光纖轉換模塊及收發器，以及監控中心；其中 數據采集模塊包括加速度采集單元，應變/應力采集單元，溫濕度采集單元以及位移采集 單元等等；數據采集單元完成的任務包括數據的采集工作，數據的抗混疊濾波工作，數據的 終端傳輸（有線和無線均可）至信號調理單元，信號調理單元用于數據的數字化工作，包括 一個16位以上模數轉換器；光纖轉換模塊及收發器用于將數字化信號轉換為光信號并通 過光纖傳輸至監控中心；監控中心用于數據圖形化，數據統計分析，數據建模，結構健康狀 態評價等等工作。應變/應力采集單元是應力分布式光纖監測系統，包括分布式傳感光纜； 分布式傳感光纜敷設于橋梁的梁柱應力處。 溫濕度采集單元用于修訂加速度采集單元、應變/應力采集單元數據。 本專利技術的有益效果包括：（1)采用結構健康監測系統的實測數據，解決了傳統有 限元模擬數據的不精確性；（2)提出了采用RMS方法將原始數據進行時域振動分析，解決了 振動有效值計算問題；(3)采用高斯逼近方法，提出了基于高斯概率密度函數來擬合曲線， 將離散數值連續化，并計算出函數參數，從而可以實現計算任何時段的振動RMS比例；(4) 通過本專利技術的創造，可快速實現橋梁結構健康監測的評價，以及將外界激勵進行科學統計； (5)可根據本專利技術，對車載荷進行有針對性的控制和調節。提供一種使用范圍廣，測量精度 高的大跨度橋梁結構外界時段激勵評價方法。該方法可實時計算任何時刻外界激勵對橋梁 結構狀態的振動比例與影響。該方法還可廣泛應用于大型建筑、隧道等常見的重大基礎設 施的結構健康監測。 四、【附圖說明】 圖1是本專利技術結構健康監測系統構架圖； 圖2是本專利技術所述結構健康監測24小時加速度數據；圖3是本專利技術的系統工作流程圖； 圖4是將24小時數據進行RMS處理，并比例化的結果； 圖5是將RMS比例曲線進行高斯逼近，并擬合出的曲線。五、具體實施案例 下面結合附圖和具體實例對本專利技術做詳細闡述，但本系統應用范圍不限于此例。 結合圖1，橋梁結構健康監測系統數據類型一般包括加速度、應變/應力、溫濕度、 以及位移等等。其中加速度和應變/應力是結構狀態分析的兩個重要的參數。系統架構一 般包括采集單元，信號調理單元，光纖收發單元以及監控中心。采集單元可以通過有線或者 無線方式傳輸，內部集成抗混疊濾波器保證原始數據的準確性。信號調理單元會對原始數 據進行濾噪處理以及數字化處理等工作。光纖收發單元將數據從橋梁傳輸到遠端的監控中 心。監控中心進行復雜的數據分析，曲線擬合，以及其他結構健康狀態評價工作等等。 加速度采集單元：加速度傳感器（SD1221)置于橋梁振動幅度較大或者易于發生 結構損傷的區域；應變/應力采集單當前第1頁1 2 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于實測加速度的大跨度橋梁結構外界時段激勵評價方法，其特征是首先由橋梁結構上設置的加速度采集單元、應變/應力采集單元進行數據采集，提取出橋梁結構健康監測系統的加速度采集單元的加速度數據，經過濾波去噪處理；其次將一天24小時數據按照小時進行劃分，一共分成24個時段；再次針對24個時段的數據進行振動的均方根(RMS)處理，計算RMS處理結果；每個時段計算出來的數據進行累加即24個數據進行累加；繼而利用每個時段結果和累加的24個數據結果，推算出每個時段振動比例，通過圖形方式描述出振動比例變化趨勢圖；最后通過高斯逼近方法，計算出擬合函數的各階參數，從而推導出擬合函數以及擬合曲線。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：丁華平，
申請(專利權)人：南京大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32