[发明专利]一种高速铁路桥梁车–桥振动性能的安全预警方法

说明书

本发明公开了一种高速铁路桥梁车–桥振动性能的安全预警方法，包括如下步骤：采集每次列车通过的加速度响应幅值最大值和对应的车速数据，将两组序列的相应元素进行配对，并按车速大小进行排列；采用小波包分解技术对主梁加速度响应幅值序列进行分解并提取加速度–车速中值线，并以加速度序列在固定序列长度内的加速度幅值均值的匹配度确定最优的小波包分解参数；基于区间估计理论获取各子序列内加速度幅值围绕加速度–车速中值线的波动区间；将加速度波动区间与加速度–车速中值线进行叠加，得到高速铁路桥梁车–桥振动性能的安全预警区间。与现有技术相比，本发明方法考虑因素全面，方法准确合理，并且物理意义明确，便于理解实施，应用范围广泛。

技术领域

本发明属于高速铁路桥梁结构性能分析与预警领域，是一种高速铁路桥梁车–桥振动性能的安全预警方法，具体来说，涉及一种高速铁路桥梁在服役过程中的振动性能安全预警方法。

背景技术

高速铁路桥梁是中国高速铁路干线上的关键工程，我国运营的高速列车最高时速已经达到350km/h，高速列车作为桥梁运营过程中的主要激励源，桥梁结构在列车高速行车作用下的振动性能值得关注。桥梁结构健康监测系统广泛应用于桥梁结构的性能监测，我国的高速铁路桥梁为保障桥梁结构的正常服役与高速列车的行车安全，也多加装有结构健康监测系统，这使得基于结构健康监测数据的高速铁路桥梁车–桥振动性能分析与安全预警成为可能。

目前，土木、交通领域对基于桥梁结构健康监测数据的桥梁车–桥振动性能分析较少，基于结构健康监测数据的桥梁服役性能的安全预警就更少。常用的方法有以下几种：(1)基于经验的预警：该方法根据桥梁设计者和管理者的力学知识与管养经验，设置一个桥梁车致振动响应阈值，当桥梁结构在高速列车作用下振动响应超过该阈值时进行报警，此方法需要从业者有较丰富的力学知识与管理经验，且由于桥梁结构形式的不同，无法推广应用；(2)基于概率统计的预警：此方法根据结构响应数据的统计值，在给定置信度内设置一个最大预警阈值，当桥梁结构在高速列车作用下振动响应超过该阈值时进行报警，此方法只考虑桥梁响应参数，而未分析一些重要参数(如车速、环境温度等)的影响，故预警值通常偏大，实用性不强；(3)基于相关性曲线斜率变化的预警方法：该方法考虑了一些参数(车速、环境温度等)对桥梁车致振动响应的影响，回归出桥梁振动响应和影响因数的相关性曲线，当相关性曲线斜率改变时，则表示桥梁服役性能的改变，此方法虽然能反映桥梁的性能变化，但对于该性能变化的物理意义没有明确定义，难以为工程从业人员所理解。因此，有必要研发一种物理意义明确、实施方法简单、应用范围广泛的方法，以实现桥梁振动性能的安全预警。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种高速铁路桥梁车–桥振动性能的安全预警方法，该方法可以实现高速铁路桥梁在服役过程中的车致振动性能的安全预警。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种高速铁路桥梁车–桥振动性能的安全预警方法，包括如下步骤：

(1)采集列车通过时桥梁主梁振动的加速度响应幅值最大值和对应的车速数据，将两组序列的相应元素进行配对，并按车速大小进行排列，得到加速度-车速相关性数据；

(2)采用小波包分解技术对主梁加速度响应幅值序列进行分解并提取，得到试算的加速度–车速中值线，并以加速度序列在固定序列长度内的加速度幅值均值的匹配度确定最优的小波包分解参数作为加速度–车速中值线最优值；

(3)基于区间估计理论获取各子序列内加速度幅值围绕加速度–车速中值线的波动区间；

(4)将加速度波动区间与加速度–车速中值线进行叠加，得到高速铁路桥梁车–桥振动性能的安全预警区间。

在优选的实施方式中，所述步骤(2)中包括：