[发明专利]一种基于动态称重系统的桥梁疲劳寿命频域分析方法

摘要

本发明涉及一种基于动态称重系统的桥梁疲劳寿命频域分析方法，包括采集通过桥梁的各个车辆的车重、车速、轴距数据；统计采集的数据，并进行曲线拟合；拟合的概率密度曲线，建立车辆的元胞自动机仿真模型，生成随机交通流；模拟出不同的车流密度条件下的荷载时程，并将荷载时程加载到桥梁影响线上，得出应力时程数据；对应力时程进行快速傅里叶转换FFT，并得到应力功率谱密度PSD，并计算出相关参数；使用Dirlik法建立应力概率密度函数PDF的经验形式；计算剩余寿命。本发明使得计算时间大大减少。

主权项

一种基于动态称重系统的桥梁疲劳寿命频域分析方法，包括下列步骤：第一步：采集通过桥梁的各个车辆的车重、车速、轴距数据；第二步：统计第一步采集的数据，并进行曲线拟合，具体步骤如下：1)根据桥梁测试分类标准对统计数据进行分类，并绘制出各类车辆的车重、车长及车速统计直方图；2)通过对车重、车长及车速的直方图进行分析，确定曲线拟合方法：对于单峰分布，采用两参数威布尔分布进行拟合；对于双峰分布，采用双峰正态分布进行拟合；对于多峰分布，采用根据数据插值绘制概率密度曲线；第三步，将元胞的长度设计为0.1米，根据第二步拟合的概率密度曲线，建立车辆的元胞自动机仿真模型，生成随机交通流；第四步，根据第三步生成的随机交通流，模拟出不同的车流密度条件下的荷载时程，并将荷载时程加载到桥梁影响线上，得出应力时程数据；第五步，对应力时程进行快速傅里叶转换FFT，并得到应力功率谱密度PSD，并计算出相关参数，具体步骤如下：1)使用MATLAB自带的pwelch函数对应力时程进行快速傅里叶转换FFT，将时域信号转化为频域信号，并得出应力功率谱密度PSD，离散取样时，采用hanning窗函数，以解决频谱泄漏问题；2)使用公式对应力功率谱密度PSD处理，式中，mn为应力功率谱密度PSD的n阶矩，f为频率，G(f)为f频率下对应的功率；3)对应力功率谱密度PSD的n阶矩进行特征化处理，得到式中，E[0]为应力时程曲线与时间轴交点的数目，E[P]为应力时程曲线的峰值点数目，γ为不规则系数，0＜γ＜2；RMS为信号统计值的均方根；第六步，使用Dirlik法建立应力概率密度函数PDF的经验形式，公式为式中Z为标准应力范围，S为应力幅；式中D1、D2、Q、D3、R为经验权重因子，取值范围由平均频率Xm和不规则系数γ确定，D3＝1‑D1‑D2，第七步，计算剩余寿命。