[发明专利]一种无源激振式桥梁损伤评估方法

说明书

本发明公开了一种无源激振式桥梁损伤评估方法，使用单一激振轮上均匀分布的激振轮对桥面进行固定激振频率的无源激励，利用加速度传感器采集桥梁表面传递到激振齿的加速度信号，通过从时频分析结果中提取的等效加速度的的极大值点确定检测到刚度突变时刻，对应功率谱图中的拐点确定桥梁损伤位置并评估损伤程度。

技术领域

本发明属于桥梁检测技术领域，特别涉及一种无源激振式桥梁损伤评估方法，单一激振轮上均匀分布的激振齿对桥面进行固定激振频率的无源激励，并通过加速度传感器采集桥梁表面传递到激振轮的加速度信号，通过考虑等效刚度对时间的导数项对加速度幅值的影响得到刚度变化边缘，通过在等效刚度对时间的二阶导数项控制的时域内分析刚度突变时刻，再在该时刻附近寻找功率谱图中的拐点以确定桥梁病害位置并评估病害程度。

背景技术

伴随着过去30多年的经济快速发展，公路桥梁基建规模也随之快速增长。目前，国内已经投入使用的公路桥梁超过80多万座，总里程超过4000万米，在促进经济发展的同时，难以避免的随着时间推移，产生例如，建造工艺，材料，过载荷作用或环境等因素导致的不同程度的损伤，需要及时进行养护维修。

目前，公路桥梁的病害发现主要依靠人工识别，而庞大的桥梁数量和里程基数对桥梁养护工作提出了极大的挑战，若不能及时发现病害并对其程度进行评估进而制定应对策略，很可能造成安全事故及生命财产损失。因此，通过自动化检测提高检测效率和准确度是桥梁病害检测的必由之路。

申请号为CN201810339418.3，名称为“一种无源敲击式材料损伤检测装置及方法”的发明专利提出了一种自平衡检测车，将自平衡车的双轮替换成表面设置激振齿的激振轮，行驶时对材料表面进行敲击，传感器对检测区域的信号进行采集，通过采集检测信号的谱图包络线计算检测表面的损伤指示值，并将损伤指示值突然下降的位置判定为损伤位置，以突变大小衡量损伤的程度。然而，由于非损伤位置的损伤指示值是接近的，因此损伤指示值判定法导致计算量大且复杂，双激励轮的设计也导致由于敲击位置不同使得反馈信号之间容易形成干扰，增加了信号分析难度的同时，也降低了检测结果的准确性。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种无源激振式桥梁探伤方法，单一激振轮上均匀分布的激振齿对桥面进行固定激振频率的无源激励，并通过加速度传感器采集桥梁表面传递到激振轮的加速度信号，通过考虑等效刚度对时间的导数项对加速度幅值的影响得到刚度变化边缘，通过在等效刚度对时间的二阶导数项控制的时域内分析刚度突变时刻，再在该时刻附近寻找功率谱图中的拐点以确定桥梁病害位置并评估病害程度。

一种无源激振式桥梁损伤评估方法，其特征在于，使用单一激振轮上均匀分布的激振轮对桥面进行固定激振频率的无源激励，利用加速度传感器采集桥梁表面传递到激振齿的加速度信号后，对加速度信号进行滤波处理:

首先对加速度信号进行时频分析得到n个信号，每个信号对应于一个特定时刻，有对应的频谱向量Y_i,i＝1,2,…,n，先对各向量进行求和得到该时刻的总能量E_i，然后再求所有时刻能量的均值和标准差计算i时刻频谱向量的均值与标准差进而得到衡量该时刻频谱的波动情况的变异系数Q_i＝σ_i/μ_i，以及所有时刻的变异系数的均值和标准差变异系数波动代表损伤导致的刚度突变；

损伤程度通过下式确定：

其中，B为噪声干扰度，G和H为事先标定的无量纲系数。

进一步的，在评估损伤程度前，还包括损伤定位步骤:

首先，记录根据滤波算法除掉噪声后的位置点向量loc_s：