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专利号: 2015107596725
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于健康监测数据的高铁大型桥梁性能测试方法,其特征在于,包括以下步骤:在高铁桥梁上优化布置自动化的传感器硬件设备系统,实现自动化的数据采集,对实测数据依次进行初步降噪处理、时域统计处理及频域处理后,基于健康监测数据进行桥梁运营安全性能的评判;

实测数据的时域统计处理如下:

(1)峰值处理:

对于采样频率高于20Hz的动态监测数据处理中,在特定时间间隔△T内提取各量值的最大、最小峰值DMax(ti),DMin(ti),即最大最小加速度、位移振幅、轮轨力的结果,如公式(1a)(1b)所示:DMax(ti)=Max{D(tx)}             (1a)DMin(ti)=Min{D(tx)}             (1b)式中,D(tx)为△T周期内桥梁动态监测数据序列;

动态监测数据处理的时间间隔△T按照如下公式取值:

ΔT=(LB+LT)/v+5                       (2)式中,LB为桥梁全长,单位为m;LT为列车长度,单位为m;v为列车常规通行速度,单位为m/s;增加的5s为提高数据的时间长度冗余度;

对于采样频率低于20Hz的拟静态监测数据,同样以一定的时间周期△T分别记录其最大、最小峰值SMax(ti),SMin(ti),如公式(3a)(3b):SMax(ti)=Max{S(tx)}             (3a)SMin(ti)=Min{S(tx)}             (3b)式中,S(tx)为△T周期桥梁拟静态监测数据序列,记各类峰值处理结果为PV(i),以一定的数据格式存储并备用;

(2)峰值及时预警措施

各类实测动态数据△T时间内极值按照时间间隔末记录为数据系列备用,在评定处理过程中,考虑特殊的数据处理,在△T时间间隔内的最大值记录中,及时以最大值替代的方法记录时间间隔最大值,以保证在△T时间间隔内出现最大实测量值超标时能够及时报警;

(3)峰值统计处理

在动态数据分段峰值处理之后,将所得的△T内峰值数据系列连同拟静态监测数据系列结果PV(i),进行下一步的统计分析处理,监测数据统计分析处理针对不同类型的数据,以不同的周期对动态数据分段峰值及拟静态监测数据序列进行相应的均值AVPV(i)、方差σvPV(i)的统计分析处理;

(4)变化量处理

根据健康监测数据的峰值及统计处理,将当前的峰值结果PV(i)与以往对应数据的平均值AVPV(i-1)相减,得到各类监测数据的“变化量”VPV(i),如公式(4):VPV(i)=PV(i)-AVPV(i-1)                (4)实测数据的频域处理如下:

同时采用傅里叶变换、采用小波分析及HHT变换分析进行模态参数识别及时域数据的重构处理,记3种频率变换后的频率值数据分别为FFFt(ti)、FWt(ti)、FHHt(ti):变换处理后的频率值与前一周期平均值之差分别为ΔFF、ΔFW、ΔFH;

ΔFF=FFFt(ti)-FAv(i-1)          (5a)ΔFW=FWt(ti)-FAv(i-1)          (5b)ΔFH=FHHt(ti)-FAv(i-1)          (5c)记FFFt(ti)的融合权重系数为ωF,其取值如公式6a~6c所示:同样,FWt(ti)、FHHt(ti)的融合权重系数为ωW、ωH,其取值同公式(6a)(6b)(6c);

融合后的频率结果FW(ti)如下式所示:

FW(ti)=[ωF·FFFt(ti)+ωW·FWt(ti)+ωH·FHHt(ti)]/(ωF+ωW+ωH)   (7)基于健康监测数据进行桥梁运营安全性能的评判如下:(1)峰值法评定,以健康监测系统的各类监测数据在△T时间间隔内的最大、最小峰值集合PV(i)同预设的桥梁运营安全性评判阈值体系进行3个层次的比对分析评定,峰值法评定的评判结论根据5个不同的评判区间得到对应的5种“评定结论”,并标示不同的“评定指标值”;

在峰值法的评定过程中,根据特定的桥梁设定“理论计算值”、“检定通常值”、“安全限值”3个层次分别按照各自的评价指标阈值来进行结构不同性能状况的评定,分别表征实际受力响应与理论状态的差异及劣化状况、桥梁实际受力响应与正常安全行车状况的对比状况、桥梁结构的运营安全性性能储备状况;

(2)基于健康监测数据的高铁桥梁峰值时变评定

将各类监测参数峰值随时间增长中发生变化情况与统计参数的对比分析评定,表征桥梁结构随时间发展而产生的变化、劣化的状况;峰值时变评定同样采用4阈值5区间的评定方法,用于峰值时变评定法的监测参数包括实测频率、加速度、动应力、动应变;峰值时变评定法的评判结论根据5个不同的评判区间得到对应的5种“评定结论”,并标示不同的“评定指标值”;

(3)基于健康监测数据的高铁桥梁总体评定

基于“峰值法评定”、“峰值时变评定”,提出总体评定指标It、总体振动评定指标Id、损伤区域指标Ip(i),分别对高速铁路桥梁的运营安全性进行总体评判、总体振动状况进行评判、判别桥梁大概的损伤区域位置。

2.根据权利要求1所述的一种基于健康监测数据的高铁大型桥梁性能测试方法,其特征在于,优化布置的测试内容聚焦于结构振动测试、支座力与轨温伸缩调节器的特殊构件的监测,测点数量优化布置于控制截面及最不利值的位置处。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于健康监测数据的高铁大型桥梁性能测试方法,其特征在于,监测数据初步降噪处理如下:以数据有无信号、信号采样频率、信号量值峰值和信号变化状况进行健康监测数据的可靠性评估;并对加速度进行20~50Hz的低通滤波,进一步进行0均值处理、信号重构处理。