[发明专利]一种环境激励下土木工程结构振动频域响应信号统计规律检测方法

说明书

本发明涉及一种环境激励下结构振动频域响应信号统计规律检测方法，包括以下步骤：获取环境激励下结构振动响应信号的数据样本；对数据样本做快速傅里叶变换，得到实部和虚部的样本；计算各频率点的实部和虚部的样本的期望、实部和虚部的样本的方差；将高斯概率分布作为实部和虚部的样本的概率模型，并进行K‑S检验；对于未通过的频率点，将t Location‑scale分布作为实部和虚部的样本的概率模型，并进行K‑S检验。本发明可以准确测定环境激励下结构振动频域响应信号的概率密度函数，对结构工程环境振动响应信号不确定性量化方面具有较高的适用性和可行性。

技术领域

本发明属于结构健康监测领域，具体地讲涉及一种环境激励下土木工程结构振动频域响应信号统计规律检测方法。

背景技术

近年来，环境激励下土木工程结构健康监测，因其费用低廉、不中断结构正常使用、方便省时等显著的优点受到了广泛的关注。然而，如何采用行之有效地手段对结构振动响应信号进行处理已经成为基于监测数据的结构安全评估理论和方法的重要科学问题。

就健康监测而言，其信号处理方法主要包括时域方法、频域方法和时-频域方法。得益于Cooley和Tukey提出的快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform, FFT)技术，振动信号处理的频域分析方法在健康监测领域得到了广泛地应用。 FFT具有方便、快速和便于实现等优点。因此，振动频域响应信号近年来在结构模态参数识别、结构损伤识别和有限元模型修正等领域得到了广泛的应用。由于结构振动响应信号以运营荷载、人行荷载、风等环境荷载作为激励方式，具有幅值小、随机性强的特点，从而使得环境激励下结构振动频域响应信号也具有很强的不确定性。这些不确定性因素的影响常常导致分析结果表现出明显的离散性和变异性。因此，准确地检测结构振动响应信号的不确定性对提高结构安全评估结果的鲁棒性和准确性至关重要。

通常，概率密度函数(Probability Density Function,PDF)被认为是全面反映不确定信息的有效工具。如果可以快速检测出振动频域响应信号的概率密度函数，则可以得到更加完整的数学描述、概率信息和理论精度。过去二十年，以Yuen和Katafygiotis等学者提出的零均值复高斯模型为代表，国内外众多学者对振动响应频域信号的不确定性进行了深入的研究，并取得了一些卓有成效的成果。然而这些成果并没有给出振动频域响应信号统计规律的统一检测方法，而且也鲜见FFT系数复高斯概率分布概率模型用于评估实测数据统计规律。因此，对于环境激励下结构振动频域响应信号统计规律的测定，有必要研究一种可行且适用性强的技术方法。

发明内容

根据现有技术中存在的问题，本发明提供了一种环境激励下土木工程结构振动频域响应信号统计规律检测方法，该方法可以准确测定环境激励下结构振动频域响应信号的概率密度函数，对结构工程环境振动响应信号不确定性量化方面具有较高的适用性和可行性。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种环境激励下土木工程结构振动频域响应信号统计规律检测方法，包括如下步骤：

S1，获取环境激励下结构振动响应信号的数据样本；

S2，对所述数据样本做快速傅里叶变换，得到快速傅里叶变换系数实部和虚部的样本；

S3，计算各频率点快速傅里叶变换系数的实部和虚部的样本的期望、实部和虚部的样本的方差；

S4，选定某一频率点，将高斯概率分布作为所述快速傅里叶变换系数实部和虚部的样本的概率模型，并对快速傅里叶变换系数实部和虚部的样本进行K-S 检验；若检验结果通过，则通过所述期望、方差及高斯概率分布的概率模型确定该频率点的概率密度函数，并进行下一频率点分析；若检验结果未通过，转入步骤S5；