专利名称：一种不同荷载类型所致应变的分离与提取方法
技术领域：
本发明属于桥梁健康监测系统领域，尤其涉及用于在大跨桥梁健康测试系统获得的应变数据中分离出不同荷载类型所导致的部分，还可以在分离开的不同荷载类型所致应变历程中识别和提取不同荷载事件。
背景技术：
桥梁健康监测的经过近20年的研究和发展，目前在实际中能实现的核心功能大体包括系统健康状态监测和评估，设计假设和参数的验证，为检查、维护工作计划提供信息
坐寸o应变数据是桥梁结构健康监测系统输出的一个重要部分，其主要有三种使用方式:1.监测构件的状态，及时发现构建损伤并预警处理；2.桥梁状态评估(如疲劳评估)的数据来源；3.用于荷载识别、验证数值模型等反问题。这三种方式要取得好的效果都需要清晰地将测量的荷载数据与响应数据进行对应。实际收集到的应变数据都是复杂荷载环境下的结构响应，如何将不同荷载所致的应变响应分离是一个重要问题。目前的桥梁健康监测系统没有实现此功能。研究证实，温度导致的应力应变呈现周期函数性质，周期为I天；火车导致的应力应变变现为高偏值的脉冲形式，起讫持续数十秒；重型卡车导致的应力应变表现为两或三个连续的脉冲，起讫持续一秒左右。
发明内容
发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种不同荷载合理性所致应变的分离与提取方法，实现测试系统使用者对不同属性的应变进行单独分析和评估的目的。技术方案:为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:一种不同荷载类型所致应变的分离方法，在健康监测获得的应变历程上分离出温度荷载、铁路荷载和公路荷载三种不同类型荷载所导致的部分，具体包括以下步骤:(I)估计上述三种不同荷载类型所致应变各自的截止频率；(2)首先确定上述三种荷载类型所致应变的小波分解的层数，然后进行小波分解，并对小波系数进行重构实现不同应变的分离。作为优选，所述三种荷载类型所致应变各自截止频率的估计方法如下:温度荷载导致的应变e T的截止频率fT为10_2Hz ;铁路荷载所致应变e E的截止频率fK=2/ A tE, A tE为火车所致应变脉冲的起讫持续时间，为10 99秒；公路荷载所致应变e H的截止频率fH=2/ A tH，2/ A tH为汽车所致应变脉冲的起讫持续时间，为半秒之内。作为优选，步骤(2)中所述三种荷载类型所致应变的小波分解的层数分别通过公式I 3确定:
权利要求
1.一种不同荷载类型所致应变的分离方法，其特征在于:在健康监测获得的应变历程上分离出温度荷载、铁路荷载和公路荷载三种不同类型荷载所导致的部分，具体包括以下步骤: (1)估计上述三种不同荷载类型所致应变各自的截止频率； (2)首先确定上述三种荷载类型所致应变的小波分解的层数，然后进行小波分解，并对小波系数进行重构实现不同应变的分离。
2.根据权利要求1所述不同荷载类型所致应变的分离方法，其特征在于:所述三种荷载类型所致应变各自截止频率的估计方法如下:温度荷载导致的应变e X的截止频率fT为10_2Hz ;铁路荷载所致应变e E的截止频率fK=2/ A tE, A tE为火车所致应变脉冲的起讫持续时间，为10 99秒；公路荷载所致应变e H的截止频率fH=2/ A tH，2/ A tH为汽车所致应变脉冲的起讫持续时间，为半秒之内。
3.根据权利要求1所述不同荷载类型所致应变的分离方法，其特征在于:步骤(2)中所述三种荷载类型所致应变的小波分解的层数分别通过公式I 3确定:
4.根据权利要求1所述不同荷载类型所致应变的分离方法，其特征在于:所述小波分解的方法为:对采集的应变历程e连续进RNt次的小波分解，得第Nt层近似部分系数aT，及I到Nt层的细节部分系数dNT、(InH、dNT_2、…、d2、(I1。
5.根据权利要求1所述不同荷载类型所致应变的分离方法，其特征在于:所述小波系数进行重构实现不同应变分离的方法为:将I到Nh层细节部分系数作为冗余信息抛弃；将Nh+1到Nk层细节部分系数重构得到公路荷载类型所致应变e H,将Nk+1到Nt层细节部分系数重构得到铁路荷载所致应变e R,将第Nt层近似部分系数aT重构得温度荷载所致应变e TO
6.一种权利要求1所述方法分离的不同荷载类型所致应变的提取方法，其特征在于包括以下步骤: a、将分离后的应变进行小波分解，对分离开的公路荷载所致应变eH与铁路荷载所致应变e R的时间历程进行操作，识别并提取铁路荷载和公路荷载导致的应变响应； b、对公路荷载所致应变eH与铁路荷载所致应变eK的细节部分系数进行阈值处理； C、经过阈值处理之后的系数，在进行小波重构。
7.根据权利要求6所述不同荷载类型所致应变的提取方法，其特征在于:步骤b所述细节部分系数的阈值处理方法如下:当提取铁路荷载所致应变时，采用事件发生概率方法:先在对eH中火车过桥次数进行统计得到事件的平均发生频率ftMin ;统计火车过桥所致应变的起讫持续时间得到平均值为A ttrain ;计算e H历程中处于火车荷载作用的概率；每一层确定阈值采用相同概率pt_，则第j层阈值取为该层细节系数d(j， )的1-Ptrain分位值T (j) = (|d(j, OD1-Ptrain; 当提取公路荷载所致应变时，采用控制噪声水平方法:对于任意的层数j，估计该层细节系数d(j， )中噪声的 标准差0 (j)，选定限制噪声程度的因子P，得到第j层的阈值T(j) = 3 0 (j)。
全文摘要
本发明公开了一种不同荷载类型所致应变的分离与提取方法，在健康监测获得的应变历程上分离出温度荷载、铁路荷载和公路荷载三种不同类型荷载所导致的部分，具体包括以下步骤(1)估计上述三种不同荷载类型所致应变各自的截止频率；(2)首先确定上述三种荷载类型所致应变的小波分解的层数，然后进行小波分解，并对小波系数进行重构实现不同应变的分离；继续对分离后的应变进行小波分解，细节系数的阈值处理，最后对阈值处理后的系数进行小波重构。本发明可以实现不同荷载所致应变分离与提取，便于监测系统使用者对不同属性的应变进行单独分析与评估；经过提取之后，数据会得到显著压缩，便于海量监测数据存贮，已有的应用中压缩率大约为98%，即压缩至2%的体积。
文档编号G01M5/00GK103234720SQ20131012437
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月10日 优先权日2013年4月10日
发明者吴佰建, 李兆霞, 王莹 申请人:东南大学