一种用于桥梁安全检查的移动荷载定位方法

1.一种用于桥梁安全检查的移动荷载定位方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)读取桥梁跨中竖向速度时程响应数据向量 ，N 为信号长度；
(2)将读取的数据通过傅里叶变换对应到频率域空间，得到相同长度的频率域数据；
(3)通过权函数 ，对 进行加权
，所述权函数 ，
其中 ， 和 分别为下限截止频率，上限截止频率和频率分辨率，即 ， 为信号的采样频率；
(4) 对 进行傅里叶逆变换，得到与原数据长度相同的处理后
数据 ；
(5) 通过数据 确定信号 中移
动荷载在跨中的数据位置 ；
(6) 通过移动荷载在跨中的数据位置确定时间位置 。
2.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于所述的傅里叶变换为。
3.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于所述的下限截止频率 ，所述的上限截止频率 。
4.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于所述的加权为
。
5.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于所述的傅里叶逆变换为 。

一种用于桥梁安全检查的移动荷载定位方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及桥梁健康检测领域，尤其涉及一种用于桥梁安全检查的移动荷载定位方法。\n技术背景\n[0002] 近几年来，不断发生的桥梁坍塌事件，已由偶发事件演变成常态事件，引起了各国的高度重视。快速、方便的桥梁安全性检查，对不断恶化的桥梁发出前期预警显得极为重要。\n[0003] 桥梁的安全性检查包括：桥梁外观破损检查、桥梁结构和材料检测以及桥梁荷载试验，而桥梁荷载试验又包括静荷载试验和动荷载试验。桥梁的正常运营是要能承受各种大小移动荷载的动力冲击，因此，桥梁的动荷载试验才真正反映桥梁的健康状况。\n[0004] 移动荷载对桥梁各部位的动力冲击是一个非常复杂的过程。温度、湿度、大地脉动等都会对桥梁结构的动力响应参数产生影响，但移动荷载的质量、移动速度、频率等对桥梁结构的动力参数影响最大。所以，要想从振动响应的时程曲线中正确分析桥梁结构的各种动力参数，移动荷载在时程曲线中的位置变化是必不可少的。\n[0005] 有许多办法可以确定移动荷载的位置，比如：①通过激光仪（或摄像机）与数据采集仪的连接，确定移动荷载在时程曲线中的入桥和出桥的时刻，从而实现对移动荷载的定位；②通过正确的桥梁跨中动挠度曲线，实现对移动荷载的正确定位，等等。但是，现有的方法或者设备笨重、价格昂贵；或者动挠度曲线难以精确刻画造成定位的误差较大，而且动挠度曲线的获得也是非常困难的。\n[0006] 本质上，竖向速度响应的积分为幅度响应。由于实际采集信号不可避免存在大量干扰，尤其是桥梁振动响应信号属于高噪声、高干扰信号，这已是不争的事实。直接在时域上进行积分，事实证明无法得到幅度响应信息，更得不到动挠度信息。\n发明内容\n[0007] 本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种竖向速度响应中移动荷载的定位方法，无需额外增加采集设备，只是利用现有数据进行快速计算即可。\n[0008] 为了实现上述的目的，采用如下的技术方案：\n[0009] 一种用于桥梁安全检查的移动荷载定位方法，包括以下步骤：\n[0010] (1)桥梁跨中放置竖向速度传感器；\n[0011] (2)移动荷载通过桥梁时，传感器记录其跨中竖向加速度响应时程信号x(t)；\n[0012] (3)通 过 傅 里 叶 变 换 将 信 号x(t)对 应 到 频 率 域 空 间 中，记 为 ；\n[0013] (4)选择权函数 ，对 进行加权，记为 ；\n[0014] (5)对 进行傅里叶逆变换，将信号返回时域空间，记为 ；\n[0015] (6)信号 中移动荷载在跨中时刻 的确定。\n[0016] 上述方案中，所述的傅里叶变换\n[0017] ，\n[0018] 其中，时程信号为 。\n[0019] 步骤(3)将传感器采集的时域上的竖向速度响应信息对应到频率域空间中，让时域上的积分处理过程在频率域空间中完成。\n[0020] 上述方案中，所述的权函数 由传感器参数所提供的传感器低频损失曲线参数，权函数\n[0021] ，\n[0022] 其中 和 分别为下限截止频率和上限截止频率。\n[0023] 上述方案中，所述的下限截止频率 ，所述的上限截止频率 ，这两个数据是在实测数据的统计中得到的。\n[0024] 上述方案中，所述的加权\n[0025] \n[0026] 其中 为频率分辨率， （ 和 分别为信号的采样频率和信号长度）。\n[0027] 上述方案中，所述的傅里叶逆变换\n[0028] 。\n[0029] 步骤(4)和步骤(5)将时域信号的积分和滤波过程在频率域空间中完成。其中，权函数 的作用：滤掉下限截止频率 以下和上限截止频率 以上的频率信息，目前的传感器无法检测到 以下的频率信息的，而绕度信息通常不会超过1Hz，所以反映绕度的信息集中在 和 之间；时域上的积分过程同时也与频率域上的加权求和一一对应。\n[0030] 上述方案中，所述的跨中时刻 ，\n[0031] 其中 ， 为信号的采样频率。\n[0032] 步骤(6)将在频率域空间中处理完成的信息返回到时域空间中，成为幅度响应信息，采用通常的滤波就可以得到动挠度信息。幅度的最大位置即为移动荷载在跨中的位置，通过移动荷载在跨中位置和移动荷载的移动速度，容易推算移动荷载在信号中的位置。\n[0033] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：\n[0034] (1)本发明由于是在既有的桥梁跨中竖向速度响应时程信号上进行加工处理得到移动荷载的位置信息，所以无需添置新的专用设备用来确定移动荷载的位移信息，使得桥梁检测成本下降，桥梁动力响应参数的处理更加简单明了；\n[0035] (2)本发明由于简化了数据采集设备，加快了数据处理周期，结合目前的适合短时间、非平稳非线性信号处理的HHT方法，使得桥梁承载能力的快速评定成为可能。\n附图说明\n[0036] 图1为本发明的流程图；\n[0037] 图2为本发明的实施例一示意图；\n[0038] 图3为本发明的实施例二示意图；\n[0039] 图4为本发明的实施例三示意图；\n[0040] 图5为本发明的实施例四示意图。\n具体实施方式\n[0041] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。\n[0042] 本发明是一个利用既有数据对移动荷载进行定位的过程。如图1所示，定位过程步骤如下：\n[0043] 读取桥梁跨中竖向速度时程响应数据向量 ；\n[0044] 将读取的数据通过傅里叶变换对应到频率域空间，得到相同长度的频率域数据[0045] ；\n[0046] 构造与数据长度相同的权信息\n[0047] \n[0048] 其中 ， （ 和 分别为信号的采样频率和采样长\n度）为频率分辨率；\n[0049] 施行傅里叶逆变换，得到与原数据长度相同的处理后数据\n[0050] ；\n[0051] 通过数据 确定信号中移动荷载在跨中的数据位置 ，\n[0052] ；\n[0053] 通过信号中移动荷载在跨中的数据位置确定相应的跨中时刻 ，其中 为信号的采样频率。\n[0054] 下面给出几个具体的跨中竖向速度响应信号，通过本发明与手动短路定位方法分别处理“西牛大桥A#2”信号（其中，西牛大桥为进行测试的桥梁名称，A表示进行测试的第A趟车，#2表示该数据由信号采集仪的第2通道进行记录，西牛大桥信号采集仪的第2通道记录的是速度信号），比较所得结果，对本发明做进一步的说明。手动短路定位是指：当移动荷载行驶到跨中位置时，通过人为的手动短路，触发电信号短路得到的移动荷载在桥梁跨中时刻。\n[0055] 实施例一：本发明与手动短路定位方法分别处理“西牛大桥72#2”信号的结果比较，相差5个点，即0.0125秒，如图2所示。\n[0056] 实施例二：本发明与手动短路定位方法分别处理“西牛大桥75#2”信号的结果比较，相差73个点，即0.1825秒，如图3所示。\n[0057] 实施例三：本发明与手动短路定位方法分别处理“西牛大桥84#2”信号的结果比较，相差18个点，即0.045秒，如图4所示。\n[0058] 实施例四：本发明与手动短路定位方法分别处理“西牛大桥92#2”信号的结果比较，相差3个点，即0.0075秒，如图5所示。