CN113252260A - 基于间接模态识别的桥梁支座病害检测方法及相关组件 - Google Patents

基于间接模态识别的桥梁支座病害检测方法及相关组件 Download PDF

Info

Publication number
CN113252260A
CN113252260A CN202110703683.7A CN202110703683A CN113252260A CN 113252260 A CN113252260 A CN 113252260A CN 202110703683 A CN202110703683 A CN 202110703683A CN 113252260 A CN113252260 A CN 113252260A
Authority
CN
China
Prior art keywords
bridge
support
current
response signal
modal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110703683.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113252260B (zh
Inventor
孔烜
郭宇聪
罗奎
邓露
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hunan University
Original Assignee
Hunan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hunan University filed Critical Hunan University
Priority to CN202110703683.7A priority Critical patent/CN113252260B/zh
Publication of CN113252260A publication Critical patent/CN113252260A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113252260B publication Critical patent/CN113252260B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0008—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings of bridges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0066—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by exciting or detecting vibration or acceleration
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/14—Fourier, Walsh or analogous domain transformations, e.g. Laplace, Hilbert, Karhunen-Loeve, transforms
    • G06F17/148—Wavelet transforms
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

本发明公开了基于间接模态识别的桥梁支座病害检测方法及相关组件，其中，移动检测装置匀速通过该桥梁时能够获取自身在桥梁上行驶时桥梁的振动响应信号，以便处理器获取阶数和桥梁支座的数量相等的桥梁的当前模态频率，并根据桥梁的各阶模态参数和各个支座的刚度之间的对应关系确定桥梁各个支座的当前刚度，再基于桥梁的初始刚度和当前刚度确定桥梁各个支座的病害情况。可见，本申请中的方法无需人工对桥梁各支座逐个进行检测，仅控制移动检测装置通过桥梁即可获取桥梁的振动响应信号，从而对振动响应信号进行处理后确定桥梁各个支座的病害情况，解决了人工检测时的安全问题，检测结果更加准确，提高了桥梁支座的检测效率。

Description

基于间接模态识别的桥梁支座病害检测方法及相关组件
技术领域
本发明涉及桥梁检测领域，特别是涉及基于间接模态识别的桥梁支座病害检测方法及相关组件。
背景技术
为了避免桥梁出现支座脱空、支座偏位或支座超压等情况而导致车辆在桥上行驶时存在较大的安全隐患，通常需要对桥梁是否出现上述问题进行检测，而现有技术中的检测方式通常是人工检测，但是当桥梁的位置处于不便于人工检测的地方时，人工无法准确的检测桥梁是否出现问题，而仍导致桥梁存在较大的安全隐患，且人工检测的危险系数较高，对检测工人的人身安全有较大的威胁。
发明内容
本发明的目的是提供基于间接模态识别的桥梁支座病害检测方法及相关组件，无需人工对桥梁各支座逐个进行检测，仅控制移动检测装置通过桥梁即可获取桥梁的振动响应信号，从而对振动响应信号进行处理后确定桥梁各个支座的病害情况，解决了人工检测时的安全问题，检测结果更加准确，提高了桥梁支座的检测效率。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于间接模态识别的桥梁支座病害检测方法，包括：
控制移动检测装置匀速通过桥梁，并接收所述移动检测装置检测的所述桥梁的振动响应信号；
对所述振动响应信号进行快速傅里叶变换，以获取所述桥梁的当前模态频率，所述当前模态频率的阶数和所述桥梁支座的数量相等；
基于所述桥梁的设计参数确定在对所述桥梁各个支座分别给定多个不同的预设刚度时的各阶模态频率；
基于各阶所述模态频率和对所述桥梁各个支座分别给定的多个不同的预设刚度确定所述桥梁的各阶模态频率和桥梁的各个支座的刚度之间的对应关系；
将各阶所述当前模态频率代入所述对应关系中，以确定所述桥梁各个支座的当前刚度；
基于所述桥梁的初始刚度和所述当前刚度确定所述桥梁各个支座的病害情况。
优选地，基于所述桥梁的初始刚度和所述当前刚度确定所述桥梁各个支座的病害情况之前，包括：
基于所述桥梁的设计参数建立所述桥梁各个支座在无病害时的有限元模型；
基于所述有限元模型确定所述桥梁各个支座的所述初始刚度。
优选地，控制移动检测装置匀速通过桥梁，并接收所述移动检测装置检测的所述桥梁的振动响应信号之后，还包括：
对所述振动响应信号进行短时傅里叶变换或连续小波变换，以获取所述桥梁的所述当前模态振型；
基于所述桥梁的设计参数建立所述桥梁各个支座在无病害时的有限元模型；
基于所述有限元模型计算所述桥梁的初始模态振型；
将所述当前模态振型和所述初始模态振型进行比较，基于比较结果判断所述桥梁各个支座是否存在病害；
若存在，则进入基于所述桥梁的初始刚度和所述当前刚度确定所述桥梁各个支座的病害情况的步骤；
若不存在，则判定所述桥梁各个支座不存在病害。
优选地，对所述振动响应信号进行短时傅里叶变换或连续小波变换，以获取所述桥梁的所述当前模态振型之前，还包括：
对所述振动响应信号进行增强及降噪重构处理，获取处理后的所述振动响应信号；
对所述振动响应信号进行短时傅里叶变换或连续小波变换，以获取所述桥梁的所述当前模态振型，包括：
对处理后的所述振动响应信号进行短时傅里叶变换或连续小波变换，以获取所述桥梁的所述当前模态振型。
优选地，对所述振动响应信号进行快速傅里叶变换，以获取所述桥梁的当前模态频率，所述当前模态频率的阶数和所述桥梁支座的数量相等之前，还包括：
对所述振动响应信号进行增强及降噪重构处理，获取处理后的所述振动响应信号；
对所述振动响应信号进行快速傅里叶变换，以获取所述桥梁的当前模态频率，所述当前模态频率的阶数和所述桥梁支座的数量相等，包括：
对处理后的所述振动响应信号进行快速傅里叶变换，以获取所述桥梁的当前模态频率，所述当前模态频率的阶数和所述桥梁支座的数量相等。
优选地，所述移动检测装置包括移动检测装置和设置于所述移动检测装置上的加速度传感器；
所述加速度传感器用于检测所述桥梁的振动响应信号。
优选地，基于所述桥梁的初始刚度和所述当前刚度确定所述桥梁各个支座的病害情况，包括：
确定所述桥梁各个支座的初始刚度减去所述桥梁各个支座的当前刚度的差值，并计算各个所述差值除以自身对应的所述支座的初始刚度的比值；
当所述比值为零时，判定与所述比值对应的支座不存在病害；
当所述比值大于零但小于预设比值时，判定与所述比值对应的支座存在病害，但与所述比值对应的支座的病害小于预设病害程度；
当所述比值不小于所述预设比值时，判定所述比值对应的支座存在病害，且与所述比值对应的支座的病害不小于预设病害程度，并提示用户与所述比值对应的支座需要更换。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于间接模态识别的桥梁支座病害检测***，包括：
控制单元，用于控制移动检测装置匀速通过桥梁，并接收所述移动检测装置检测的所述桥梁的振动响应信号；
数据处理单元，用于对所述振动响应信号进行快速傅里叶变换，以获取所述桥梁的当前模态频率，所述当前模态频率的阶数和所述桥梁支座的数量相等；
第一确定单元，用于基于所述桥梁的设计参数确定在对所述桥梁各个支座分别给定多个不同的预设刚度时的各阶模态频率；
第二确定单元，用于基于各阶所述模态频率和对所述桥梁各个支座分别给定的多个不同的预设刚度确定所述桥梁的各阶模态频率和桥梁的各个支座的刚度之间的对应关系；
第三确定单元，用于将各阶所述当前模态频率代入所述对应关系中，以确定所述桥梁各个支座的当前刚度；
第四确定单元，用于基于所述桥梁的初始刚度和所述当前刚度确定所述桥梁各个支座的病害情况。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于间接模态识别的桥梁支座病害检测装置，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述所述基于间接模态识别的桥梁支座病害检测方法的步骤。
本申请提供了基于间接模态识别的桥梁支座病害检测方法及相关组件，其中，移动检测装置匀速通过该桥梁时能够获取自身在桥梁上行驶时桥梁的振动响应信号，以便处理器获取阶数和桥梁支座的数量相等的桥梁的当前模态频率，并根据桥梁的各阶模态参数和各个支座的刚度之间的对应关系确定桥梁各个支座的当前刚度，再基于桥梁的初始刚度和当前刚度确定桥梁各个支座的病害情况。可见，本申请中的方法无需人工对桥梁各支座逐个进行检测，仅控制移动检测装置通过桥梁即可获取桥梁的振动响应信号，从而对振动响应信号进行处理后确定桥梁各个支座的病害情况，解决了人工检测时的安全问题，检测结果更加准确，提高了桥梁支座的检测效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种基于间接模态识别的桥梁支座病害检测方法及相关组件的流程示意图；
图2为本发明提供的一种基于间接模态识别的桥梁支座病害检测***的结构示意图；
图3为本发明提供的一种基于间接模态识别的桥梁支座病害检测装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供基于间接模态识别的桥梁支座病害检测方法及相关组件，无需人工对桥梁各支座逐个进行检测，仅控制移动检测装置通过桥梁即可获取桥梁的振动响应信号，从而对振动响应信号进行处理后确定桥梁各个支座的病害情况，解决了人工检测时的安全问题，检测结果更加准确，提高了桥梁支座的检测效率。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照图1，图1为本发明提供的一种基于间接模态识别的桥梁支座病害检测方法及相关组件的流程示意图，该方法包括：
S11：控制移动检测装置匀速通过桥梁，并接收移动检测装置检测的桥梁的振动响应信号；
申请人考虑到随着我国基础设施建设的逐步推进，截止2019年底，我国铁路营业里程已达13.9万公里，其中高铁里程已超过3.5公里。高速铁路中大多采用以桥代路，使得高速铁路中桥梁占比高达90%以上。在高铁桥梁速度的不断提升、桥梁荷载不断增大以及恶劣的环境下，高铁桥梁的健康状况对铁路的安全运营起着至关重要的作用。在桥梁的运营过程中可能会导致支座发生超压、偏位和脱空等病害，如何快速对高铁桥梁支座病害进行检测是我国高铁运营和管养急需解决的问题。
目前，关于高铁桥梁支座病害的检测多为人工检测，而高铁桥梁的桥墩往往较高，进行人工检测存在安全隐患。对于一些受江河湖海和地形环境条件限制的高铁桥梁，检测人员无法到达桥梁墩顶进行支座病害的检测，存在支座病害检测不充分等缺陷，无法保证对支座病害的全面排查。因此，人工检测不能及时对支座是否存在病害进行检测，且检测的实时性差，人工检测不能及时发现支座的安全隐患并对工作人员进行预警。
为了解决上述技术问题，本申请先控制移动检测装置在桥梁上运行，再接收该移动检测装置发送的桥梁的振动响应信号，因此，无需人工到桥梁上进行检测，便可获取桥梁的振动响应信号，且相比于人工检测，移动检测装置更能够获取更准确的桥梁的振动响应信号，因此，对桥梁的检测结果会更为准确。
需要说明的是，本申请中的支座是连接桥梁和桥墩的重要结构部件，能将桥梁承受的荷载和变形传递给桥墩，是桥梁的重要传力装置。
S12：对振动响应信号进行快速傅里叶变换，以获取桥梁的当前模态频率，当前模态频率的阶数和桥梁支座的数量相等；
为了获取桥梁的当前模态频率，本申请中对振动响应信号进行快速傅里叶变换。
需要说明的是，当前模态频率的阶数和桥梁支座的数量相等，从而能够根据各阶模态频率确定各个支座的病害情况。
S13：基于桥梁的设计参数确定在对桥梁各个支座分别给定多个不同的预设刚度时的各阶模态频率；
S14：基于各阶模态频率和对桥梁各个支座分别给定的多个不同的预设刚度确定桥梁的各阶模态频率和桥梁的各个支座的刚度之间的对应关系；
S15：将各阶当前模态频率代入对应关系中，以确定桥梁各个支座的当前刚度；
本申请还基于当前模态频率通过桥梁的各阶模态频率和桥梁的各个支座的刚度之间的对应关系确定各个桥梁的当前刚度。
具体地，在基于桥梁的各阶模态频率和对桥梁的各个支座分别给定的多个不同的预设刚度确定桥梁的各阶模态频率和桥梁的各个支座的刚度之间的对应关系时，先基于桥梁的设计参数对i个支座给定j个不同的刚度Kij，再依次求解不同Kij下桥梁的模态频率和模态振型。
根据不同的Kij和对应的桥梁的模态频率，利用ORIGIN软件拟合桥梁的模态频率和存在支座病害时i个支座刚度Kdi之间的函数关系，如下式所示，桥梁的各阶模态频率ωn是关于桥梁的i个支座的刚度Kdi的多元函数：
ωn=fn（Kd1，Kd2，···Kdn）
将获取的桥梁的当前模态频率和上述对应关系，得到桥梁的各阶当前模态频率与桥梁i个支座的当前刚度Kdi的方程组，如下式所示，即可求出每个支座的当前刚度：
Figure 454094DEST_PATH_IMAGE001
其中，当存在n个支座的病害情况需要确定时，可计算出n阶当前模态频率，代入上述公式中，从而确定n个支座的当前刚度，若所有的支座的病害情况均需要确定时，则计算i阶当前模态频率，即n=i，从而确定所有的支座的当前刚度。例如，当仅需确定一个支座的病害情况，剩余i-1个支座的病害情况，也即当前刚度都已确定时，可只计算一阶的当前模态频率，代入上述公式中，并基于剩余i-1个支座的当前刚度确定该支座的当前刚度。
需要说明的是，桥梁的模态频率和桥梁的各个支座的刚度之间的对应关系可基于桥梁的设计参数确定。
S16：基于桥梁的初始刚度和当前刚度确定桥梁各个支座的病害情况。
获取桥梁的各个支座的当前刚度后，便可以基于支座的当前刚度和初始刚度确定各个支座的病害情况，例如是否出现病害，以及病害的程度，从而使工作人员进行相应的处理。
需要说明的是，支座脱空为对桥梁结构受力影响最大的一种支座病害，它严重影响着桥梁的使用安全和受力，桥梁结构体系的转换以及支座垫石不平整、开裂都能造成支座的脱空。某一个支座脱空时，其承受的荷载将会分配到其他支座上，造成其他支座的荷载增加，引起其他支座的超压偏压等其他病害，使梁体受力不均，对结构产生不利影响。
支座偏位为在支座使用中最为普遍存在的问题，严重的支座偏位将会使支座长期处于剪切状态，影响支座的使用寿命，使桥梁不能正常水平变形，使结构产生附加内力。
支座超压为由于部分支座的脱空或其他原因，使支座传递的力超过支座的设计承载力，支座变形超过支座的最大变形能力。支座超压主要是由支座的出厂质量、安装质量不满足要求造成的。支座本身质量问题是由支座的设计、制造把关不严造成的。
需要说明的是，还可以通过阻尼比判断桥梁的支座的病害情况。
可见，基于移动检测装置检测到的当前模态频率，结合桥梁支座的初始刚度对桥梁支座的病害情况进行评估，通过移动检测装置可以定期或定时对整个区域内的所有桥梁的支座进行检测，为桥梁支座的健康监测、及时更换与管理提供科学的决策依据。
此外，本申请中移动检测装置从桥梁上通过时，相当于向桥梁施加了垂直于地面向下的力，因此，最终获得的各个支座的当前刚度均为垂直于地面向下的刚度，又由于桥梁、支座和桥墩依次从上之下连接设置，本申请中是基于桥梁的当前模态频率、桥梁的模态频率和桥梁的各个支座的刚度之间的对应关系确定的各个支座的当前刚度，可认为是从上之下确定的各个支座的当前刚度。
综上，本申请中的方法无需人工对桥梁各支座逐个进行检测，仅控制移动检测装置通过桥梁即可获取桥梁的振动响应信号，从而对振动响应信号进行处理后确定桥梁各个支座的病害情况，解决了人工检测时的安全问题，检测结果更加准确，且移动检测装置可以在短时间内通过大量桥梁，大大提高了桥梁支座的检测效率。
在上述实施例的基础上：
作为一种优选的实施例，基于桥梁的初始刚度和当前刚度确定桥梁各个支座的病害情况之前，包括：
基于桥梁的设计参数建立桥梁各个支座在无病害时的有限元模型；
基于有限元模型确定桥梁各个支座的初始刚度。
在确定各个支座的病害情况之前，还需确定各个支座的初始刚度，而在确定各个支座的初始刚度时，可以通过建立桥梁的支座在无病害时的有限元模型，从而确定各个支座的初始刚度，以便后续确定各个支座的病害情况。
需要说明的是，本申请可以采用ANSYS有限元软件建立桥梁在无支座病害时的空间有限元模型。
作为一种优选的实施例，控制移动检测装置匀速通过桥梁，并接收移动检测装置检测的桥梁的振动响应信号之后，还包括：
对振动响应信号进行短时傅里叶变换或连续小波变换，以获取桥梁的当前模态振型；
基于桥梁的设计参数建立桥梁各个支座在无病害时的有限元模型；
基于有限元模型计算桥梁的初始模态振型；
将当前模态振型和初始模态振型进行比较，基于比较结果判断桥梁各个支座是否存在病害；
若存在，则进入基于桥梁的初始刚度和当前刚度确定桥梁各个支座的病害情况的步骤；
若不存在，则判定桥梁各个支座不存在病害。
本实施例中，在通过各个支座的当前刚度和初始刚度判断各个支座的病害情况前，可通过比较当前模态振型和初始模态振型，从而先确定桥梁的各个支座是否存在病害。
具体地，申请人先对移动检测装置检测到的振动响应信号进行短时傅里叶变换或连续小波变换，以获取桥梁的当前模态振型，以便后续判断桥梁的各个支座是否存在病害，从而减少后续的计算量。
作为一种优选的实施例，对振动响应信号进行短时傅里叶变换或连续小波变换，以获取桥梁的当前模态振型之前，还包括：
对振动响应信号进行增强及降噪重构处理，获取处理后的振动响应信号；
对振动响应信号进行短时傅里叶变换或连续小波变换，以获取桥梁的当前模态振型，包括：
对处理后的振动响应信号进行短时傅里叶变换或连续小波变换，以获取桥梁的当前模态振型。
申请人考虑到移动检测装置检测到的振动响应信号中存在噪声，会影响最终的判断结果，本申请先对移动检测装置发送的振动响应信号进行增强及降噪重构处理，获取处理后的振动响应信号，也即无噪声的振动响应信号，从而再对处理后的振动响应信号进行短时傅里叶变换或连续小波变换，以获取桥梁的当前模态振型，以便后续判断桥梁的各个支座是否存在病害，从而减少后续的计算量。
作为一种优选的实施例，对振动响应信号进行快速傅里叶变换，以获取桥梁的当前模态频率，当前模态频率的阶数和桥梁支座的数量相等之前，还包括：
对振动响应信号进行增强及降噪重构处理，获取处理后的振动响应信号；
对振动响应信号进行快速傅里叶变换，以获取桥梁的当前模态频率，当前模态频率的阶数和桥梁支座的数量相等，包括：
对处理后的振动响应信号进行快速傅里叶变换，以获取桥梁的当前模态频率，当前模态频率的阶数和桥梁支座的数量相等。
本实施例中在确定各个支座的当前刚度时，需先确定桥梁的当前模态频率，申请人考虑到移动检测装置检测到的振动响应信号中存在噪声，会影响最终的判断结果，本申请先对移动检测装置发送的振动响应信号进行增强及降噪重构处理，获取处理后的振动响应信号，也即无噪声的振动响应信号，从而再对处理后的振动响应信号进行快速傅里叶变换，以获取桥梁的预设阶数的当前模态频率。
其中，本申请中在对振动响应信号进行增强处理时，可以但不限定采用VMD(Variational Mode Decomposition, 变分模态分解法)。
需要说明的是，本申请中的当前模态频率的阶数可以为当前需要确定的病害情况的支座的数量，从而确定各个支座的当前刚度。
作为一种优选的实施例，移动检测装置包括移动检测装置和设置于移动检测装置上的加速度传感器；
加速度传感器用于检测桥梁的振动响应信号。
本实施例中的移动检测装置包括移动检测车辆和设置于移动检测车辆上的加速度传感器，移动检测车辆可以通过在桥梁上运行，从而给桥梁一个激励，以便加速度传感器检测桥梁的当前模态频率。
作为一种优选的实施例，基于桥梁的初始刚度和当前刚度确定桥梁各个支座的病害情况，包括：
确定桥梁各个支座的初始刚度减去桥梁各个支座的当前刚度的差值，并计算各个差值除以自身对应的支座的初始刚度的比值；
当比值为零时，判定与比值对应的支座不存在病害；
当比值大于零但小于预设比值时，判定与比值对应的支座存在病害，但与比值对应的支座的病害小于预设病害程度；
当比值不小于预设比值时，判定比值对应的支座存在病害，且与比值对应的支座的病害不小于预设病害程度，并提示用户与比值对应的支座需要更换。
本实施例中，在确定桥梁的各个支座的病害情况时，可通过如下公式确定：βi=（Koi- Kdi）/ Koi
其中，βi为桥梁上第i个支座的损耗指标，Koi为桥梁上第i个支座的初始刚度，Kdi为桥梁上第i个支座的当前刚度。
具体判断各个支座的病害情况的方式如下：
（1）当损伤指数βi≥1时，此时表明桥梁的支座已经完全脱空，应进行更换 ；
（2）当损伤指数0.5≤βi＜1时，此时表明桥梁支座的局部受力明显减小，应仔细进行检查，并考虑采用相应的处理措施；
（3）当损伤指数0＜βi＜0.5时，此时表明桥梁支座受力减小，应加大状态监控力度；
（4）当损伤指数βi=0时，此时与设计相一致，该支座未发生病害，支座实际状态良好；
（5）当损伤指数-0.5≤βi＜0时，此时表明桥梁支座受力增大，应持续监控支座状态；
（6）当损伤指数βi＜-0.5时，此时表明该处支座局部受力明显增大，应检查相邻支座是否发生病害，并考虑采用相应的处理措施。
请参照图2，图2为本发明提供的一种基于间接模态识别的桥梁支座病害检测***的结构示意图，该***包括：
控制单元21，用于控制移动检测装置匀速通过桥梁，并接收移动检测装置检测的桥梁的振动响应信号；
数据处理单元22，用于对振动响应信号进行快速傅里叶变换，以获取桥梁的当前模态频率，当前模态频率的阶数和桥梁支座的数量相等；
第一确定单元23，用于基于桥梁的设计参数确定在对桥梁各个支座分别给定多个不同的预设刚度时的各阶模态频率；
第二确定单元24，用于基于各阶模态频率和对桥梁各个支座分别给定的多个不同的预设刚度确定桥梁的各阶模态频率和桥梁的各个支座的刚度之间的对应关系；
第三确定单元25，用于将各阶当前模态频率代入对应关系中，以确定桥梁各个支座的当前刚度；
第四确定单元26，用于基于桥梁的初始刚度和当前刚度确定桥梁各个支座的病害情况。
对于本发明提供的一种基于间接模态识别的桥梁支座病害检测***的介绍请参照上述方法实施例，本发明在此不再赘述。
请参照图3，图3为本发明提供的一种基于间接模态识别的桥梁支座病害检测装置的结构示意图，该装置包括：
存储器31，用于存储计算机程序；
处理器32，用于执行计算机程序时实现如上述基于间接模态识别的桥梁支座病害检测方法的步骤。
对于本发明提供的一种基于间接模态识别的桥梁支座病害检测装置的介绍请参照上述方法实施例，本发明在此不再赘述。
本发明中的计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器32执行时实现如上述的基于间接模态识别的桥梁支座病害检测方法的步骤。
对于本发明提供的计算机可读存储介质的介绍请参照上述方法实施例，本发明在此不再赘述。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种基于间接模态识别的桥梁支座病害检测方法，其特征在于，包括：
控制移动检测装置匀速通过桥梁，并接收所述移动检测装置检测的所述桥梁的振动响应信号；
对所述振动响应信号进行快速傅里叶变换，以获取所述桥梁的当前模态频率，所述当前模态频率的阶数和所述桥梁支座的数量相等；
基于所述桥梁的设计参数确定在对所述桥梁各个支座分别给定多个不同的预设刚度时的各阶模态频率；
基于各阶所述模态频率和对所述桥梁各个支座分别给定的多个不同的预设刚度确定所述桥梁的各阶模态频率和桥梁的各个支座的刚度之间的对应关系；
将各阶所述当前模态频率代入所述对应关系中，以确定所述桥梁各个支座的当前刚度；
基于所述桥梁的初始刚度和所述当前刚度确定所述桥梁各个支座的病害情况。
2.如权利要求1所述的基于间接模态识别的桥梁支座病害检测方法，其特征在于，基于所述桥梁的初始刚度和所述当前刚度确定所述桥梁各个支座的病害情况之前，包括：
基于所述桥梁的设计参数建立所述桥梁各个支座在无病害时的有限元模型；
基于所述有限元模型确定所述桥梁各个支座的所述初始刚度。
3.如权利要求1所述的基于间接模态识别的桥梁支座病害检测方法，其特征在于，控制移动检测装置匀速通过桥梁，并接收所述移动检测装置检测的所述桥梁的振动响应信号之后，还包括：
对所述振动响应信号进行短时傅里叶变换或连续小波变换，以获取所述桥梁的所述当前模态振型；
基于所述桥梁的设计参数建立所述桥梁各个支座在无病害时的有限元模型；
基于所述有限元模型计算所述桥梁的初始模态振型；
将所述当前模态振型和所述初始模态振型进行比较，基于比较结果判断所述桥梁各个支座是否存在病害；
若存在，则进入基于所述桥梁的初始刚度和所述当前刚度确定所述桥梁各个支座的病害情况的步骤；
若不存在，则判定所述桥梁各个支座不存在病害。
4.如权利要求3所述的基于间接模态识别的桥梁支座病害检测方法，其特征在于，对所述振动响应信号进行短时傅里叶变换或连续小波变换，以获取所述桥梁的所述当前模态振型之前，还包括：
对所述振动响应信号进行增强及降噪重构处理，获取处理后的所述振动响应信号；
对所述振动响应信号进行短时傅里叶变换或连续小波变换，以获取所述桥梁的所述当前模态振型，包括：
对处理后的所述振动响应信号进行短时傅里叶变换或连续小波变换，以获取所述桥梁的所述当前模态振型。
5.如权利要求1所述的基于间接模态识别的桥梁支座病害检测方法，其特征在于，对所述振动响应信号进行快速傅里叶变换，以获取所述桥梁的当前模态频率，所述当前模态频率的阶数和所述桥梁支座的数量相等之前，还包括：
对所述振动响应信号进行增强及降噪重构处理，获取处理后的所述振动响应信号；
对所述振动响应信号进行快速傅里叶变换，以获取所述桥梁的当前模态频率，所述当前模态频率的阶数和所述桥梁支座的数量相等，包括：
对处理后的所述振动响应信号进行快速傅里叶变换，以获取所述桥梁的当前模态频率，所述当前模态频率的阶数和所述桥梁支座的数量相等。
6.如权利要求1所述的基于间接模态识别的桥梁支座病害检测方法，其特征在于，所述移动检测装置包括移动检测装置和设置于所述移动检测装置上的加速度传感器；
所述加速度传感器用于检测所述桥梁的振动响应信号。
7.如权利要求1-6任一项所述的基于间接模态识别的桥梁支座病害检测方法，其特征在于，基于所述桥梁的初始刚度和所述当前刚度确定所述桥梁各个支座的病害情况，包括：
确定所述桥梁各个支座的初始刚度减去所述桥梁各个支座的当前刚度的差值，并计算各个所述差值除以自身对应的所述支座的初始刚度的比值；
当所述比值为零时，判定与所述比值对应的支座不存在病害；
当所述比值大于零但小于预设比值时，判定与所述比值对应的支座存在病害，但与所述比值对应的支座的病害小于预设病害程度；
当所述比值不小于所述预设比值时，判定所述比值对应的支座存在病害，且与所述比值对应的支座的病害不小于预设病害程度，并提示用户与所述比值对应的支座需要更换。
8.一种基于间接模态识别的桥梁支座病害检测***，其特征在于，包括：
控制单元，用于控制移动检测装置匀速通过桥梁，并接收所述移动检测装置检测的所述桥梁的振动响应信号；
数据处理单元，用于对所述振动响应信号进行快速傅里叶变换，以获取所述桥梁的当前模态频率，所述当前模态频率的阶数和所述桥梁支座的数量相等；
第一确定单元，用于基于所述桥梁的设计参数确定在对所述桥梁各个支座分别给定多个不同的预设刚度时的各阶模态频率；
第二确定单元，用于基于各阶所述模态频率和对所述桥梁各个支座分别给定的多个不同的预设刚度确定所述桥梁的各阶模态频率和桥梁的各个支座的刚度之间的对应关系；
第三确定单元，用于将各阶所述当前模态频率代入所述对应关系中，以确定所述桥梁各个支座的当前刚度；
第四确定单元，用于基于所述桥梁的初始刚度和所述当前刚度确定所述桥梁各个支座的病害情况。
9.一种基于间接模态识别的桥梁支座病害检测装置，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述基于间接模态识别的桥梁支座病害检测方法的步骤。
CN202110703683.7A 2021-06-24 2021-06-24 基于间接模态识别的桥梁支座病害检测方法及相关组件 Active CN113252260B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110703683.7A CN113252260B (zh) 2021-06-24 2021-06-24 基于间接模态识别的桥梁支座病害检测方法及相关组件

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110703683.7A CN113252260B (zh) 2021-06-24 2021-06-24 基于间接模态识别的桥梁支座病害检测方法及相关组件

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113252260A true CN113252260A (zh) 2021-08-13
CN113252260B CN113252260B (zh) 2021-09-21

Family

ID=77189517

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110703683.7A Active CN113252260B (zh) 2021-06-24 2021-06-24 基于间接模态识别的桥梁支座病害检测方法及相关组件

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113252260B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102507248A (zh) * 2011-11-09 2012-06-20 上海同豪土木工程咨询有限公司 一种测试桥梁支座是否脱空的方法
CN104655385A (zh) * 2014-12-31 2015-05-27 中国铁路总公司 一种铁路桥梁下部结构健康状态定量评价方法
CN104834805A (zh) * 2015-02-27 2015-08-12 重庆大学 一种基于简化悬臂梁的建筑物损伤评估方法
CN106120545A (zh) * 2016-08-24 2016-11-16 中铁二院工程集团有限责任公司 一种利用梁体提高桥梁抗震性能的方法
CN107238479A (zh) * 2017-06-08 2017-10-10 北京交通大学 一种不中断交通的装配式梁桥服役安全状态快速评估方法
CN107727338A (zh) * 2017-06-01 2018-02-23 重庆大学 一种基于车桥耦合***的桥梁损伤诊断方法
JP2018031676A (ja) * 2016-08-24 2018-03-01 公益財団法人鉄道総合技術研究所 鉄道橋の構造性能調査方法
CN112229355A (zh) * 2020-12-14 2021-01-15 湖南大学 一种基于信号处理和挂车响应的桥梁移动检测方法和***

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102507248A (zh) * 2011-11-09 2012-06-20 上海同豪土木工程咨询有限公司 一种测试桥梁支座是否脱空的方法
CN104655385A (zh) * 2014-12-31 2015-05-27 中国铁路总公司 一种铁路桥梁下部结构健康状态定量评价方法
CN104834805A (zh) * 2015-02-27 2015-08-12 重庆大学 一种基于简化悬臂梁的建筑物损伤评估方法
CN106120545A (zh) * 2016-08-24 2016-11-16 中铁二院工程集团有限责任公司 一种利用梁体提高桥梁抗震性能的方法
JP2018031676A (ja) * 2016-08-24 2018-03-01 公益財団法人鉄道総合技術研究所 鉄道橋の構造性能調査方法
CN107727338A (zh) * 2017-06-01 2018-02-23 重庆大学 一种基于车桥耦合***的桥梁损伤诊断方法
CN107238479A (zh) * 2017-06-08 2017-10-10 北京交通大学 一种不中断交通的装配式梁桥服役安全状态快速评估方法
CN112229355A (zh) * 2020-12-14 2021-01-15 湖南大学 一种基于信号处理和挂车响应的桥梁移动检测方法和***

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
乔振: "基于固有频率变化率的桥梁支座病害识别技术的研究", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)工程科技Ⅱ辑》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113252260B (zh) 2021-09-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kwon et al. Bridge fatigue reliability assessment using probability density functions of equivalent stress range based on field monitoring data
CN110210161B (zh) 列车车辆健康状态的评估方法、装置及存储介质
CN103626003A (zh) 一种电梯故障检测方法和***
CN109559025A (zh) 一种桥梁检监测一体化健康状况评估体系及其使用方法
Malveiro et al. Impact of track irregularities and damping on the fatigue damage of a railway bridge deck slab
Iwnicki et al. Out-of-round railway wheels and polygonisation
CN207832236U (zh) 一种基于连续箱梁桥的新型桥梁健康监测***
CN113252260B (zh) 基于间接模态识别的桥梁支座病害检测方法及相关组件
KR101251010B1 (ko) 교량의 내하력 산정방법
KR101443811B1 (ko) 교량의 변위측정 시스템 및 이를 이용한 변위측정 방법
CN110567514A (zh) 基于智能支座的桥梁结构安全状态监测***及监测方法
JPH09243518A (ja) 車両車軸の疲労監視装置
CN110414800B (zh) 超高层建筑施工事故风险源评估方法及装置
CN115512561B (zh) 面向道路交通枢纽韧性提升的路径诱导方法及***
CN117233152A (zh) 一种t型梁桥健康监测***
CN114179858B (zh) 基于车轮健康状态的车轮镟修方法及装置
CN110751424A (zh) 道岔转换设备风险评估的方法、装置及服务器
CN110820520B (zh) 悬索桥吊索疲劳寿命的计算方法及装置
CN112014593B (zh) 一种铁路轨道基础装备质量状况监测评估装置和方法
JP6996397B2 (ja) 橋梁監視システム
CN207229304U (zh) 应用于风力发电机组的塔架吊装的涡激振动监测***
CN110083998A (zh) 一种索承桥梁伸缩缝使用寿命评估方法
CN110135099A (zh) 一种吊车梁制动板与柱连接螺栓松动故障的诊治方法
CN113734231B (zh) 基于数据中心的电检测装置、方法、设备及存储介质
CN117664484B (zh) 一种智慧城市桥梁安全监测预警方法及***

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant