基于無線模態技術的橋梁載荷沖擊系數快速測量方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于無線模態技術的橋梁載荷沖擊系數快速測量方法，只需對結構兩個測點進行一次測試，再通過兩個響應點的自功率譜、互功率譜、相位和相干函數等分析結果來識別結構模態參數，并由此確定橋梁的一階彎曲模態，最后通過確定的一階彎曲模態參數實現對橋梁載荷沖擊系數的快速測量；不僅成本低、精度高、所需時間少、抗噪能力強；而且實用性強，有廣泛應用于實際工程中橋梁沖擊系數快速測量的良好前景。
【專利說明】基于無線模態技術的橋梁載荷沖擊系數快速測量方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種橋梁動態測試技術的模態參數的識別方法，尤其是一種基于無線模態技術的橋梁載荷沖擊系數快速測量方法。

【背景技術】
[0002]在橋梁實驗中，可根據沖擊系數的實測值來評價橋梁結構的行車性能，實測沖擊系數大則說明橋梁結構的行車性能差，橋面的平整程度不良，反之亦然。如果不能快速、準確地測量橋梁沖擊系數，可能會造成車輛載荷引起的橋梁破壞現象，嚴重時還可能發生重大事故，造成不可估計的重大損失。利用動態振動測試數據對橋梁結構參數進行識別，不僅可獲得橋梁模態參數，實現對橋梁載荷沖擊系數的快速測量，而且能有效避免橋梁坍塌事故，保障人身和國家財產安全。但是，傳統橋梁沖擊系數的模態參數測試中，要求將傳感器布置在整個橋面，所需傳感器數量多、數據傳輸電纜長、設備安裝所需人力物力大、橋梁關閉時間長，且數據后續分析處理時間長。


【發明內容】

[0003]本發明要解決的技術問題是:提出一種基于無線模態技術的橋梁載荷沖擊系數快速測量方法，可以高效地實現對橋梁載荷系數的快速測量，從而有效避免橋梁安全事故。
[0004]本發明所采用的技術方案為:一種基于無線模態技術的橋梁載荷沖擊系數快速測量方法，包括以下步驟:
[0005]I)利用自然環境激勵方式，在橋梁一階彎曲模態的非節點位置對稱放置兩個橋梁模態測試模塊確定兩個測點，并對兩個測點進行測點響應的時域信號采集；兩個橋梁模態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行傅立葉函數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；
[0007]3)根據自功率譜、互功率譜的曲線的峰值、相位和相干函數確定一階模態頻率；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，該模態振型為一階扭轉振型；
[0008]4)根據步驟3)中確定的橋梁結構的一階彎曲模態固有頻率，計算沖擊系數μ:
[0009]當f<l.5Hz 時，μ = 0.05 ；
[0010]當1.5Hz 彡 f■彡 14Hz 時，μ = 0.17671η f-0.0157 ；
[0011]當f>14Hz 時，μ = 0.45 ；
[0012]式中f為結構基頻，單位為赫茲Hz，即一階彎曲模態固有頻率。
[0013]本發明方法只需對結構兩個測點進行一次測試，一方面可大大縮減橋梁動態特性測量成本和時間，另一方面采用橋梁無線模態測試模塊，模塊內置高靈敏度、低頻速度傳感器，完善的信號適調、電壓放大、抗混濾波、數據采集硬件系統，內置高性能鋰電池組，其具有抗噪能力強、無線傳輸數據、實用性強等特點。
[0014]本發明的有益效果是:只需對結構兩個測點進行一次測試，再通過兩個響應點的自功率譜、互功率譜、相位和相干函數等分析結果來識別結構模態參數，并由此確定橋梁的一階彎曲模態，最后通過確定的一階彎曲模態參數實現對橋梁載荷沖擊系數的快速測量；不僅成本低、精度高、所需時間少、抗噪能力強；而且實用性強，有廣泛應用于實際工程中橋梁沖擊系數快速測量的良好前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0016]圖1為本發明的流程示意圖；
[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圖。

【具體實施方式】
[0022]現在結合附圖和優選實施例對本發明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發明的基本結構，因此其僅顯示與本發明有關的構成。
[0023]如圖1的流程圖所示，基于無線模態技術的橋梁載荷沖擊系數快速測量方法，包括以下步驟:
[0024]I)利用自然環境激勵方式，將兩個DH5907N無線模態測試模塊安裝于橋梁中部左右兩側測點；并對兩個測點進行測點響應的時域信號采集；
[0025]安裝點如圖2所示；其中，DH5907N無線模態測試模塊選自江蘇東華測試技術股份有限公司所生產的無線模態測試模塊。
[0026]2)將DH5907N無線模態測試模塊測得的時域數據通過無線傳輸方式傳輸至計算機，然后通過動態信號采集分析系統計算將時域數據轉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；如圖4-7所示。
[0027]其中，動態信號采集分析系統采用江蘇東華測試技術股份有限公司所生產的DHDAS動態信號采集分析系統。
[0028]3)根據自功率譜、互功率譜的曲線的峰值、相位和相干函數確定一階模態頻率；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，該模態振型為一階扭轉振型；
[0030]4)當確定了橋梁結構的一階彎曲模態固有頻率后，計算沖擊系數μ:
[0031]當f<l.5Hz 時，μ = 0.05 ；
[0032]當1.5Hz 彡 f■彡 14Hz 時，μ = 0.17671η f-0.0157 ；
[0033]當f>14Hz 時，μ = 0.45 ；
[0034]式中f為結構基頻，單位為赫茲Hz，即一階彎曲模態固有頻率。
[0035]以上說明書中描述的只是本發明的【具體實施方式】，各種舉例說明不對本發明的實質內容構成限制，所屬【技術領域】的普通技術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，而不背離本發明的實質和范圍。
【權利要求】
1.一種基于無線模態技術的橋梁載荷沖擊系數快速測量方法，其特征在于包括以下步驟: 1)利用自然環境激勵方式，在橋梁一階彎曲模態的非節點位置對稱放置兩個橋梁模態測試模塊確定兩個測點，并對兩個測點進行測點響應的時域信號采集； 2)將采集到的時域信號進行傅立葉函數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； 3)根據自功率譜、互功率譜的曲線的峰值、相位和相干函數確定一階模態頻率； 4)根據步驟3)中確定的橋梁結構的一階彎曲模態固有頻率，計算沖擊系數μ。
2.如權利要求1所述的基于無線模態技術的橋梁載荷沖擊系數快速測量方法，其特征在于:所述的步驟I)中，兩個橋梁模態測試模塊對稱放置在橋面中心且沿橋面寬度方向。
3.如權利要求1所述的基于無線模態技術的橋梁載荷沖擊系數快速測量方法，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，該模態振型為一階扭轉振型。
4.如權利要求1所述的基于無線模態技術的橋梁載荷沖擊系數快速測量方法，其特征在于:所述的步驟4)中，沖擊系數μ的計算方式為:
當 f<l.5Hz 時，μ = 0.05 ；
當 1.5Hz 彡 f■彡 14Hz 時，μ = 0.17671nf-0.0157 ；
當 f>14Hz 時，μ = 0.45 ； 式中f為結構基頻，單位為赫茲Hz，即一階彎曲模態固有頻率。
【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 優先權日:2014年10月10日
【發明者】陳立, 繆瑩赟, 沈高飛 申請人:江蘇東華測試技術股份有限公司