[发明专利]一种桥梁风振监测传感器布置和风振响应重构方法

权利要求书

1.一种桥梁风振监测传感器布置和风振响应重构方法，其特征在于，所述桥梁风致振动监测传感器布置方法包括以下步骤：

步骤1，根据风致振动时域分析方法计算得到桥梁在设计风荷载作用下的振动响应，绘制关于加速度的风振响应曲线；

步骤2，利用相邻节点之间风振加速度差的符号进行风振响应曲线拐点的判断，找出风振响应曲线拐点最多的时刻；

所述步骤2包括以下子步骤：

步骤2.1，计算第t时刻被测桥梁相邻节点之间的振动加速度差：

其中，表示在第t时刻节点r+1与节点r之间的风致振动加速度差，r＝1,2,…,N-1；

步骤2.2，计算第t时刻被测桥梁风振响应曲线的拐点数目K_t和拐点集合D_t；如果小于或者等于0，表明节点s+1为拐点；反之，如果大于0，表明节点s+1不是拐点，其中s＝1,2,…,N-2；拐点数目K_t和拐点集合D_t为

其中，sgn(·)表示符号函数，N_t,v表示第t时刻被测桥梁风振响应曲线的第v个拐点对应的节点编号，v＝1,2,…,K_t；

步骤2.3，重复步骤2.1和2.2，直至所有时刻的拐点数目和拐点集合计算完成；

步骤2.4，计算被测桥梁振动响应曲线的拐点数目最大值K_max；

K_max＝max(K_t) (5)；

步骤3，选取该时刻风振响应曲线的拐点和拐点之间的中间节点作为传感器布置位置，得出桥梁风振监测传感器布置方案；

所述桥梁风致振动响应重构方法是在完成上述桥梁风致振动监测传感器布置方法后，实施步骤4，采用正弦函数加权和作为风振响应形态函数，利用测点的风振加速度进行风振响应形态函数的待定参数拟合，实现桥梁风振响应的重构，最终得到桥梁所有节点的风振响应，包括以下子步骤：

步骤4.1，设风致振动监测传感器集合为S＝(S₁,S₂,…,S_W)，其中W为风致振动监测传感器的数量；监测节点对应的集合为其中表示第S_p个传感器布置的节点，p＝1,2,…,W；节点的风振加速度响应为选取有限元模型中的任意一个节点作为参考点，节点距离参考点的距离为

步骤4.2，选取风振响应形态函数为

其中，A(X)表示距离参考点距离为X处的风振加速度响应，X表示距离，sin(·)表示正弦函数，α_k、β_k和γ_k为待定参数；

步骤4.3，根据测点距离参考点的距离和测点的加速度响应，利用非线性最小二乘法拟合式(9)中的待定参数，建立被测桥梁的风振响应形态函数，得到被测桥梁所有节点的风致振动响应。

2.根据权利要求1所述的桥梁风振监测传感器布置和风振响应重构方法，其特征在于：所述步骤1包括以下子步骤：

步骤1.1，根据被测桥梁的设计方案，利用梁单元和杆单元，采用大型通用有限元软件建立被测桥梁的有限元模型，假定有限元模型的节点数为N；设被测桥梁风致振动响应监测的可选测点为有限元模型的节点，即被测桥梁可选的用于风致振动响应监测的节点数量为N；

步骤1.2，基于被测桥梁的设计规范，根据被测桥梁的场地条件，选择用于被测桥梁设计的风荷载模型，利用线性滤波法模拟得到用于被测桥梁风振响应计算的风荷载时程，风荷载时程的样本数量为M，采样间隔为Δt；

步骤1.3，将模拟风荷载时程输入有限元模型，采用风致振动时域分析方法计算被测桥梁所有可选测点的风致振动响应时程；

步骤1.4，构造被测桥梁风致振动响应向量，第t时刻的风致振动响应向量Φ_t为

Φ_t＝(a_t,1,a_t,2,…,a_t,N) (1)

其中，a_t,n表示第t时刻第n个节点的风致振动加速度，n＝1,2,…,N，t＝1,2,…,M；

步骤1.5，以风致振动加速度为纵坐标，以节点编号为横坐标，绘制桥梁不同时刻的风振响应曲线。

3.根据权利要求1所述的桥梁风振监测传感器布置和风振响应重构方法，其特征在于：所述步骤3包括以下子步骤：

步骤3.1，确定拐点数目最大值K_max对应的时刻为t_max，根据t_max时刻的拐点集合计算拐点之间的中间节点编号

其中，R_max,j表示t_max时刻拐点和拐点之间的中间节点编号，j＝1,2,…,K_max-1，表示向下取整；如果R_max,j等于表明拐点和拐点之间没有中间节点；中间节点组成中间节点集合R_max

步骤3.2，合并拐点集合和中间节点集合R_max，组成风致振动监测节点集合；

步骤3.3，在风致振动监测节点集合上布置风致振动监测传感器，得到桥梁风致振动监测传感器布置方案。