基于無線模態(tài)技術(shù)的橋梁載荷沖擊系數(shù)快速測量方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于無線模態(tài)技術(shù)的橋梁載荷沖擊系數(shù)快速測量方法，只需對結(jié)構(gòu)兩個測點進(jìn)行一次測試，再通過兩個響應(yīng)點的自功率譜、互功率譜、相位和相干函數(shù)等分析結(jié)果來識別結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)，并由此確定橋梁的一階彎曲模態(tài)，最后通過確定的一階彎曲模態(tài)參數(shù)實現(xiàn)對橋梁載荷沖擊系數(shù)的快速測量；不僅成本低、精度高、所需時間少、抗噪能力強(qiáng)；而且實用性強(qiáng)，有廣泛應(yīng)用于實際工程中橋梁沖擊系數(shù)快速測量的良好前景。
【專利說明】基于無線模態(tài)技術(shù)的橋梁載荷沖擊系數(shù)快速測量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種橋梁動態(tài)測試技術(shù)的模態(tài)參數(shù)的識別方法，尤其是一種基于無線模態(tài)技術(shù)的橋梁載荷沖擊系數(shù)快速測量方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在橋梁實驗中，可根據(jù)沖擊系數(shù)的實測值來評價橋梁結(jié)構(gòu)的行車性能，實測沖擊系數(shù)大則說明橋梁結(jié)構(gòu)的行車性能差，橋面的平整程度不良，反之亦然。如果不能快速、準(zhǔn)確地測量橋梁沖擊系數(shù)，可能會造成車輛載荷引起的橋梁破壞現(xiàn)象，嚴(yán)重時還可能發(fā)生重大事故，造成不可估計的重大損失。利用動態(tài)振動測試數(shù)據(jù)對橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行識別，不僅可獲得橋梁模態(tài)參數(shù)，實現(xiàn)對橋梁載荷沖擊系數(shù)的快速測量，而且能有效避免橋梁坍塌事故，保障人身和國家財產(chǎn)安全。但是，傳統(tǒng)橋梁沖擊系數(shù)的模態(tài)參數(shù)測試中，要求將傳感器布置在整個橋面，所需傳感器數(shù)量多、數(shù)據(jù)傳輸電纜長、設(shè)備安裝所需人力物力大、橋梁關(guān)閉時間長，且數(shù)據(jù)后續(xù)分析處理時間長。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提出一種基于無線模態(tài)技術(shù)的橋梁載荷沖擊系數(shù)快速測量方法，可以高效地實現(xiàn)對橋梁載荷系數(shù)的快速測量，從而有效避免橋梁安全事故。
[0004]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:一種基于無線模態(tài)技術(shù)的橋梁載荷沖擊系數(shù)快速測量方法，包括以下步驟:
[0005]I)利用自然環(huán)境激勵方式，在橋梁一階彎曲模態(tài)的非節(jié)點位置對稱放置兩個橋梁模態(tài)測試模塊確定兩個測點，并對兩個測點進(jìn)行測點響應(yīng)的時域信號采集；兩個橋梁模態(tài)測試模塊對稱放置在橋面中心且沿橋面寬度方向。
[0006]2)將采集到的時域信號進(jìn)行傅立葉函數(shù)FFT變換，得到兩個測點的自功率譜、互功率譜、相位和相干函數(shù)；
[0007]3)根據(jù)自功率譜、互功率譜的曲線的峰值、相位和相干函數(shù)確定一階模態(tài)頻率；若兩測點相位差接近于0°，則表示兩點運動方向一致，該模態(tài)振型為一階彎曲振型；若兩測點相位差接近于180°，則表示兩點運動方向相反，該模態(tài)振型為一階扭轉(zhuǎn)振型；
[0008]4)根據(jù)步驟3)中確定的橋梁結(jié)構(gòu)的一階彎曲模態(tài)固有頻率，計算沖擊系數(shù)μ:
[0009]當(dāng)f<l.5Hz 時，μ = 0.05 ；
[0010]當(dāng)1.5Hz 彡 f■彡 14Hz 時，μ = 0.17671η f-0.0157 ；
[0011]當(dāng)f>14Hz 時，μ = 0.45 ；
[0012]式中f為結(jié)構(gòu)基頻，單位為赫茲Hz，即一階彎曲模態(tài)固有頻率。
[0013]本發(fā)明方法只需對結(jié)構(gòu)兩個測點進(jìn)行一次測試，一方面可大大縮減橋梁動態(tài)特性測量成本和時間，另一方面采用橋梁無線模態(tài)測試模塊，模塊內(nèi)置高靈敏度、低頻速度傳感器，完善的信號適調(diào)、電壓放大、抗混濾波、數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)，內(nèi)置高性能鋰電池組，其具有抗噪能力強(qiáng)、無線傳輸數(shù)據(jù)、實用性強(qiáng)等特點。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:只需對結(jié)構(gòu)兩個測點進(jìn)行一次測試，再通過兩個響應(yīng)點的自功率譜、互功率譜、相位和相干函數(shù)等分析結(jié)果來識別結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)，并由此確定橋梁的一階彎曲模態(tài)，最后通過確定的一階彎曲模態(tài)參數(shù)實現(xiàn)對橋梁載荷沖擊系數(shù)的快速測量；不僅成本低、精度高、所需時間少、抗噪能力強(qiáng)；而且實用性強(qiáng)，有廣泛應(yīng)用于實際工程中橋梁沖擊系數(shù)快速測量的良好前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0016]圖1為本發(fā)明的流程示意圖；
[0017]圖2為橋梁測點示意圖；
[0018]圖3為橋梁豎向一階彎曲模態(tài)振型示意圖；
[0019]圖4、5為橋梁兩測點的自譜圖；
[0020]圖6為橋梁兩測點的互譜及相位圖；
[0021]圖7為橋梁兩測點的相干函數(shù)圖。

【具體實施方式】
[0022]現(xiàn)在結(jié)合附圖和優(yōu)選實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。
[0023]如圖1的流程圖所示，基于無線模態(tài)技術(shù)的橋梁載荷沖擊系數(shù)快速測量方法，包括以下步驟:
[0024]I)利用自然環(huán)境激勵方式，將兩個DH5907N無線模態(tài)測試模塊安裝于橋梁中部左右兩側(cè)測點；并對兩個測點進(jìn)行測點響應(yīng)的時域信號采集；
[0025]安裝點如圖2所示；其中，DH5907N無線模態(tài)測試模塊選自江蘇東華測試技術(shù)股份有限公司所生產(chǎn)的無線模態(tài)測試模塊。
[0026]2)將DH5907N無線模態(tài)測試模塊測得的時域數(shù)據(jù)通過無線傳輸方式傳輸至計算機(jī)，然后通過動態(tài)信號采集分析系統(tǒng)計算將時域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為該兩個時域信號的自功率譜、互功率譜、互譜相位和相干函數(shù)；如圖4-7所示。
[0027]其中，動態(tài)信號采集分析系統(tǒng)采用江蘇東華測試技術(shù)股份有限公司所生產(chǎn)的DHDAS動態(tài)信號采集分析系統(tǒng)。
[0028]3)根據(jù)自功率譜、互功率譜的曲線的峰值、相位和相干函數(shù)確定一階模態(tài)頻率；如圖3所示；
[0029]若兩測點相位差接近于0°，則表示兩點運動方向一致，該模態(tài)振型為一階彎曲振型；若兩測點相位差接近于180°，則表示兩點運動方向相反，該模態(tài)振型為一階扭轉(zhuǎn)振型；
[0030]4)當(dāng)確定了橋梁結(jié)構(gòu)的一階彎曲模態(tài)固有頻率后，計算沖擊系數(shù)μ:
[0031]當(dāng)f<l.5Hz 時，μ = 0.05 ；
[0032]當(dāng)1.5Hz 彡 f■彡 14Hz 時，μ = 0.17671η f-0.0157 ；
[0033]當(dāng)f>14Hz 時，μ = 0.45 ；
[0034]式中f為結(jié)構(gòu)基頻，單位為赫茲Hz，即一階彎曲模態(tài)固有頻率。
[0035]以上說明書中描述的只是本發(fā)明的【具體實施方式】，各種舉例說明不對本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容構(gòu)成限制，所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員在閱讀了說明書后可以對以前所述的【具體實施方式】做修改或變形，而不背離本發(fā)明的實質(zhì)和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于無線模態(tài)技術(shù)的橋梁載荷沖擊系數(shù)快速測量方法，其特征在于包括以下步驟: 1)利用自然環(huán)境激勵方式，在橋梁一階彎曲模態(tài)的非節(jié)點位置對稱放置兩個橋梁模態(tài)測試模塊確定兩個測點，并對兩個測點進(jìn)行測點響應(yīng)的時域信號采集； 2)將采集到的時域信號進(jìn)行傅立葉函數(shù)FFT變換，得到兩個測點的自功率譜、互功率譜、相位和相干函數(shù)； 3)根據(jù)自功率譜、互功率譜的曲線的峰值、相位和相干函數(shù)確定一階模態(tài)頻率； 4)根據(jù)步驟3)中確定的橋梁結(jié)構(gòu)的一階彎曲模態(tài)固有頻率，計算沖擊系數(shù)μ。
2.如權(quán)利要求1所述的基于無線模態(tài)技術(shù)的橋梁載荷沖擊系數(shù)快速測量方法，其特征在于:所述的步驟I)中，兩個橋梁模態(tài)測試模塊對稱放置在橋面中心且沿橋面寬度方向。
3.如權(quán)利要求1所述的基于無線模態(tài)技術(shù)的橋梁載荷沖擊系數(shù)快速測量方法，其特征在于:所述的步驟3)中，若兩測點相位差接近于0°，則表示兩點運動方向一致，該模態(tài)振型為一階彎曲振型； 若兩測點相位差接近于180°，則表示兩點運動方向相反，該模態(tài)振型為一階扭轉(zhuǎn)振型。
4.如權(quán)利要求1所述的基于無線模態(tài)技術(shù)的橋梁載荷沖擊系數(shù)快速測量方法，其特征在于:所述的步驟4)中，沖擊系數(shù)μ的計算方式為:
當(dāng) f<l.5Hz 時，μ = 0.05 ；
當(dāng) 1.5Hz 彡 f■彡 14Hz 時，μ = 0.17671nf-0.0157 ；
當(dāng) f>14Hz 時，μ = 0.45 ； 式中f為結(jié)構(gòu)基頻，單位為赫茲Hz，即一階彎曲模態(tài)固有頻率。
【文檔編號】G01M99/00GK104266857SQ201410529446
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月10日
【發(fā)明者】陳立, 繆瑩赟, 沈高飛 申請人:江蘇東華測試技術(shù)股份有限公司