[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

说明书

本发明提供一种桥梁风振监测传感器布置和风振响应重构方法。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；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；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；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。本发明具有操作简单、易于实现等优点。

技术领域

本发明属于土木工程和桥梁监测领域，具体涉及一种桥梁风振监测传感器布置和风振响应重构方法。

背景技术

随着桥梁建造技术的提高和社会经济的发展，同时为了满足现代化交通运输和快速出行的要求，一大批大跨桥梁在全国各地建成并投入使用，如润扬长江大桥、杭州湾大桥、港珠澳大桥、矮寨大桥等。这些桥梁具有跨度大、结构柔、桥塔高和重量轻的特点，且所处的地理环境特别复杂，极易遭受各种强风的袭击。而强风引起的振动响应成为影响桥梁行车舒适性和结构安全性的主要因素之一。对桥梁的风致振动响应进行实时监测就显得非常必要，运用实时监测数据可准确把握桥梁风致振动响应的规律，为桥梁运营状态评估提供数据支撑，确保桥梁在风荷载作用下的安全。

由于大跨桥梁结构的复杂性，桥梁风致振动监测的可选节点可能达到几百个甚至上千个。但受到振动监测技术和振动监测成本的限制，无法对桥梁结构所有节点的风致振动响应都进行监测。那么，如何从成百上千的可选节点中选择最有价值的节点进行监测，就成为桥梁风致振动监测亟待解决的关键技术问题。已有的振动传感器布置方法主要针对桥梁在环境激励或者车辆荷载作用下的振动响应监测，仅考虑桥梁本身的动力特性。由于风荷载的非平稳性和桥梁响应的非线性特征，桥梁结构在风荷载作用下的振动响应与环境激励或者车辆荷载作用下的振动响应相比，存在很大的差异。利用已有的振动传感器布置方法进行风致振动监测传感器布置，难以准确捕捉桥梁风致振动响应的典型特征。不仅如此，由于风致振动监测传感器数量的有限性，无法全面掌握桥梁风致振动响应信息。通过测点的风致振动数据对全桥的风致振动响应进行重构，进而获得其余节点的风致振动响应，是全面了解桥梁风致振动响应特征的有效手段。然而，目前尚未提出有效的桥梁风致振动响应重构方法。

因此，提出一种能够对桥梁关键风振响应进行监测的传感器布置方法，并建立基于测点风致振动响应信息的风振响应重构方法，对于全面把握桥梁的风致振动响应特征具有重要的工程意义和实用价值。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种桥梁风振监测传感器布置和风振响应重构方法，它能从桥梁所有可选节点中选择最有价值的位置进行风致振动监测传感器布置，并能根据测点的风致振动响应重构桥梁所有节点的风振响应，进而得到桥梁所有节点的风振响应。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的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；