[发明专利]基于车桥耦合振动的车辆与结构信息同时识别方法

说明书

本发明专利公开了一种基于车桥耦合振动的车辆与结构信息同时识别方法,利用桥梁上布设的传感器分别采集结构环境振动响应数据及结构跑车振动响应数据，通过模态算法分别识别结构的基本模态参数和时变模态参数,将其代入到结构振型缩放系数与模态参数和车辆参数的映射参数方程中，利用不同时刻时变模态参数可以计算车辆参数，进而得到结构振型缩放系数,通过振型缩放系数可以重构结构位移柔度矩阵深层次参数，进而预测结构在任意静力荷载下的位移，对结构当前安全状态进行评估，本发明方法能够仅从结构振动响应中识别车辆参数和结构参数，具有试验方便、耗时短、精度高的优点，适用于路网众多桥梁的安全评估。

所属领域

本发明涉及土木工程结构健康监测技术中桥梁结构振动测试领域，具体涉及一种基于车桥耦合振动的车辆与结构信息同时识别方法。

背景技术

结构健康监测技术是提高土木交通工程结构健康安全及实现其可持续性能管理的最有效途径之一，桥梁的挠度对桥梁性能评估至关重要，如何识别结构振型缩放系数，进而得到结构的真实柔度矩阵，从而预测结构在任意静力荷载下的变形变得尤为重要。

环境振动测试为现有桥梁结构健康监测与检测的主要手段之一，它利用自然条件激励桥梁，相对于人工激振测试具有操作方便的优点，但是它只能够输出结构的基本模态参数，还无法直接支持桥梁结构的安全性能评估。相比于环境振动测试，冲击振动测试需要人为施加外部激励，同时采集包括输入和输出数据，由于输入力已知，冲击振动测试不仅能够得到频率、阻尼和振型等基本模态参数，还能识别结构深层次参数如柔度，但是冲击振动测试需要关闭交通，影响道路正常运行，并且难以对长大跨桥梁全桥进行有效激励。

先期已有多种基于车桥耦合振动的桥梁快速测试方法为学者们提出，被广泛采用的方法便是通过在车辆上安装加速度计并采集车辆在桥面行驶时的加速度数据来识别桥梁模态信息，但其主要依靠桥梁反应的间接测量，仅能实现桥梁频率和振型等基本模态参数与初步的损伤识别，无法得到车辆参数信息，更无法获得结构振型缩放系数，对于桥梁结构安全性能评估的作用也很有限。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供了一种基于车桥耦合振动的车辆与结构信息同时识别方法,利用桥梁上布设的传感器分别采集结构环境振动响应数据及结构跑车振动响应数据，通过模态算法分别识别结构的基本模态参数和时变模态参数,将其代入到结构振型缩放系数与模态参数和车辆参数的映射参数方程中，利用不同时刻时变模态参数可以计算车辆参数，进而得到结构振型缩放系数,通过振型缩放系数可以重构结构位移柔度矩阵深层次参数，进而预测结构在任意静力荷载下的位移，对结构当前安全状态进行评估。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：基于车桥耦合振动的车辆与结构信息同时识别方法，包括以下步骤：

S1，在桥梁上布设传感器，分别采集结构环境振动响应数据及结构跑车振动响应数据；

S2，通过模态识别算法，基于步骤S1采集到的结构环境振动响应数据及结构跑车振动响应数据，分别识别环境振动基本模态参数及跑车振动时变模态参数；

S3，基于质量弹簧车桥耦合模型动力方程，获得结构振型缩放系数与模态参数和车辆参数的映射参数方程，将步骤S2获得的基本模态参数和时变模态参数代入映射参数方程中计算车辆参数；

S4，将步骤S3所得车辆参数再带入映射参数方程中，得到结构质量归一化振型缩放系数；

S5，通过步骤S2识别的环境振动基本模态参数及步骤S4获得的振型缩放系数重构结构位移柔度矩阵深层次参数，预测结构在静力荷载下的位移，评估结构当前的安全状态。

作为本发明的一种改进，所述环境振动基本模态参数至少包括每一阶固有频率、阻尼比和未缩放位移振型；所述跑车振动时变模态参数至少包括车桥耦合系统的每一阶时变固有频率和未缩放位移振型。