一种基于长标距光纤应变传感器的中小桥梁快速检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于长标距光纤应变传感器的中小桥梁快速检测方法，步骤如下：在中小桥梁主要受力构件表面布置长标距光纤传感器，然后通过加载冲击力对桥面进行冲击激励，在冲击激励过程中，通过所布置的光纤传感器记录桥梁动应变的时程数据并同时记录冲击力的时程数据；根据获取的桥梁动应变和冲击力的时程数据，识别得出结构的应变柔度中识别得出结构的应变柔度矩阵。本发明方法不同于文献中研究较多的针对加速度数据的处理方法，该发明方法针对所测量的长标距动应变，具体研究了基于长标距应变测量的应变柔度识别，通过冲击振动下长标距动态应变的测量，可识别得出结构的应变柔度进行结构的安全评估，这是国内外首个针对应变柔度识别的方法。
【专利说明】 一种基于长标距光纤应变传感器的中小桥梁快速检测方法
【技术领域】
[0001]本发明为土建交通领域内的一种基于长标距光纤应变传感器的中小型桥梁快速检测方法，能够实现对中小桥梁的及时准确的安全评估以避免桥梁坍塌等事故发生。
【背景技术】
[0002]土木工程结构如桥梁等在自然环境与使用荷载下性能逐渐退化，而且又随时可能遭受地震、台风等强大自然灾害的侵袭。因此对土木工程结构进行定期测试与诊断可有效减小结构坍塌可能，避免灾难事故发生。近年来基于振动测试的结构健康监测与诊断技术已逐渐应用到土木工程实践中。
[0003]加速度是土木工程现场试验中经常测量的一种结构反应。它能够用来进行相应的模态分析和结构识别。文献中基于加速度测量的方法识别得出的是结构的位移柔度矩阵，它能够用来进行结构在某一个静力作用下的位移反应的预测，但不能用来进行结构的应变反应的预测。位移和应变是结构反应的两个不同的指标。结构的应变能够反映结构的局部受力特征，对结构损伤的及时识别和健康服役至关重要。文献中未有基于动应变识别结构应变柔度的任何报道。
[0004]本发明提出了一种利用冲击振动测试和长标距光纤应变传感器的中小桥梁快速检测方法，它采用冲击荷载激励桥梁，采用分布式光纤传感器精确记录冲击荷载下结构的应变反应，特别的是它通过所开发的核心算法从应变测量数据中识别得出结构的应变柔度矩阵进行结构的安全评估，这是它的独特之处。该方法能够确切可靠地评估所测试桥梁的安全状况，具有广泛应用于中小桥梁快速测试和安全评估的良好前景。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是针对上述的桥梁检测现有技术的不足，而提供了一种通过处理桥梁动应变反应数据识别结构应变柔度矩阵的中小桥梁快速检测的一种基于长标距光纤应变传感器的中小桥梁快速检测方法。
[0006]为解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下:
[0007]—种基于长标距光纤应变传感器的中小桥梁快速检测方法，其特征在于，步骤如下:
[0008]I)、在中小桥梁主要受力构件表面布置长标距光纤传感器，然后通过加载冲击力对桥面进行冲击激励，在冲击激励过程中，通过所布置的光纤传感器记录桥梁动应变的时程数据并同时记录冲击力的时程数据；
[0009]2)、根据获取的桥梁动应变和冲击力的时程数据，识别得出结构的应变柔度，具体过程如下:
[0010]21):以在结构q点采集的冲击力时程信号fq(t)和长标距单元m采集的动应变时程信号ε m(t)估算应变频响函数:
【权利要求】
1.一种基于长标距光纤应变传感器的中小桥梁快速检测方法，其特征在于，步骤如下: 1)、在中小桥梁主要受力构件表面布置长标距光纤传感器，然后通过加载冲击力对桥面进行冲击激励，在冲击激励过程中，通过所布置的光纤传感器记录桥梁动应变的时程数据并同时记录冲击力的时程数据； 2)、根据获取的桥梁动应变和冲击力的时程数据，识别得出结构的应变柔度，具体过程如下: 21):以在结构q点采集的冲击力时程信号fq(t)和长标距单元m采集的动应变时程信号ε Jt)估算应变频响函数:
式中，Fq(GJ)为fq(t)的傅里叶变换，Xm(O)为em(t)的傅里叶变换，*为共轭符号； 22):对应变频响函数矩阵作奇异值分解以识别应变模态振型: 在每个离散频率点ω处对应变频响函数矩阵Ηε (ω)作如下的奇异值分解，得左奇异向量矩阵『(《)、右奇异向量矩阵ν(ω)和奇异值矩阵S(co): Ηε (ω) = Ue (ω)8(ω)ν(ω)τ(2) 以离散的频率变量ω为横坐标，奇异值矩阵S(co)对角线上的各个元素为纵坐标，以对数尺度画奇异值图；拾取该图中最高奇异值曲线的各个峰值点，峰值点处对应的横坐标频率为结构的自振频率；在该横坐标频率处，与最高奇异值曲线对应的左奇异向量即为结构的应变振型向量，记识别出的某一阶应变振型向量用符号人5 ; 23):增强应变频响函数计算和基本模态参数识别: 以最高奇异值曲线的第r阶峰值频率处对应的左奇异向量的转置(的)7’和右奇异向量I为加权向量，分别左乘和右乘公式(I)得出的应变频响函数矩阵Ηε (ω)，可得第r阶增强应变频响函数eHE (ω^如下:
其中，Clr =(的)7’#, C2r = (tP^drv)TVr,啦为识别的第r阶应变振型向量，<drv为识别的第r阶位移振型向量在力冲击点处组成的子向量，Qr为第r阶模态缩放系数； 通过公式(3)得出eHE (?匕后，在最高奇异值曲线的第r阶峰值频率附近取k个离散频率点的eHE (ω)r(i = 1，2，...，k)，通过公式(4)由最小二乘法计算得出θΗε(ω)的分母多项式系数(a1; a0)和分子多项式系数(b2，b1； b0):
式中，+表示对矩阵作伪逆运算；在通过公式(4)得出分母多项式系数(?,?)后，通过公式(5)计算得出系统极点Y"
然后，可由式(6)计算得出结构的第r阶自振频率和阻尼比Ir
24):模态缩放系数计算: 从式(3)中计算模态缩放系数的倒数Mto: M4r = ~ 取与计算增强应变频响函数相同的k个离散频率点的eHE (Coi)Ji = 1，2，...，k)，由最小二乘法可得:
25):改进的共轭梁法由识别的长标距应变振型计算结构节点位移振型: 取共轭梁的分布荷载力为识别的单元m的第r阶长标距应变振型，hm为单元m的中性轴高度，则节点i的第r阶位移振型为
式中，L为梁的总长，Lj为梁第j个长标距单元的长度； 26):结构的应变柔度矩阵计算:
其中F￡为计算得出的应变柔度矩阵，ψ和少z分别为结构的第r阶应变振型向量和位移振型向量，Y r为结构的第r阶系统极点:
和ξ ^分别为识别得出的第r阶模态频率和阻尼系数，凡为所识别的模态数，T为矩阵转置符号，*为共轭符号。
【文档编号】G01M7/08GK104198144SQ201410464807
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月12日 优先权日:2014年9月12日
【发明者】张建, 吴智深, 郭双林, 李攀杰 申请人:东南大学
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