基于无线模态技术的桥梁载荷冲击系数快速测量方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于无线模态技术的桥梁载荷冲击系数快速测量方法，只需对结构两个测点进行一次测试，再通过两个响应点的自功率谱、互功率谱、相位和相干函数等分析结果来识别结构模态参数，并由此确定桥梁的一阶弯曲模态，最后通过确定的一阶弯曲模态参数实现对桥梁载荷冲击系数的快速测量；不仅成本低、精度高、所需时间少、抗噪能力强；而且实用性强，有广泛应用于实际工程中桥梁冲击系数快速测量的良好前景。
【专利说明】基于无线模态技术的桥梁载荷冲击系数快速测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种桥梁动态测试技术的模态参数的识别方法，尤其是一种基于无线模态技术的桥梁载荷冲击系数快速测量方法。
【背景技术】
[0002]在桥梁实验中，可根据冲击系数的实测值来评价桥梁结构的行车性能，实测冲击系数大则说明桥梁结构的行车性能差，桥面的平整程度不良，反之亦然。如果不能快速、准确地测量桥梁冲击系数，可能会造成车辆载荷引起的桥梁破坏现象，严重时还可能发生重大事故，造成不可估计的重大损失。利用动态振动测试数据对桥梁结构参数进行识别，不仅可获得桥梁模态参数，实现对桥梁载荷冲击系数的快速测量，而且能有效避免桥梁坍塌事故，保障人身和国家财产安全。但是，传统桥梁冲击系数的模态参数测试中，要求将传感器布置在整个桥面，所需传感器数量多、数据传输电缆长、设备安装所需人力物力大、桥梁关闭时间长，且数据后续分析处理时间长。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是:提出一种基于无线模态技术的桥梁载荷冲击系数快速测量方法，可以高效地实现对桥梁载荷系数的快速测量，从而有效避免桥梁安全事故。
[0004]本发明所采用的技术方案为:一种基于无线模态技术的桥梁载荷冲击系数快速测量方法，包括以下步骤:
[0005]I)利用自然环境激励方式，在桥梁一阶弯曲模态的非节点位置对称放置两个桥梁模态测试模块确定两个测点，并对两个测点进行测点响应的时域信号采集；两个桥梁模态测试模块对称放置在桥面中心且沿桥面宽度方向。
[0006]2)将采集到的时域信号进行傅立叶函数FFT变换，得到两个测点的自功率谱、互功率谱、相位和相干函数；
[0007]3)根据自功率谱、互功率谱的曲线的峰值、相位和相干函数确定一阶模态频率；若两测点相位差接近于0°，则表示两点运动方向一致，该模态振型为一阶弯曲振型；若两测点相位差接近于180°，则表示两点运动方向相反，该模态振型为一阶扭转振型；
[0008]4)根据步骤3)中确定的桥梁结构的一阶弯曲模态固有频率，计算冲击系数μ:
[0009]当f<l.5Hz 时，μ = 0.05 ；
[0010]当1.5Hz 彡 f■彡 14Hz 时，μ = 0.17671η f-0.0157 ；
[0011]当f>14Hz 时，μ = 0.45 ；
[0012]式中f为结构基频，单位为赫兹Hz，即一阶弯曲模态固有频率。
[0013]本发明方法只需对结构两个测点进行一次测试，一方面可大大缩减桥梁动态特性测量成本和时间，另一方面采用桥梁无线模态测试模块，模块内置高灵敏度、低频速度传感器，完善的信号适调、电压放大、抗混滤波、数据采集硬件系统，内置高性能锂电池组，其具有抗噪能力强、无线传输数据、实用性强等特点。
[0014]本发明的有益效果是:只需对结构两个测点进行一次测试，再通过两个响应点的自功率谱、互功率谱、相位和相干函数等分析结果来识别结构模态参数，并由此确定桥梁的一阶弯曲模态，最后通过确定的一阶弯曲模态参数实现对桥梁载荷冲击系数的快速测量；不仅成本低、精度高、所需时间少、抗噪能力强；而且实用性强，有广泛应用于实际工程中桥梁冲击系数快速测量的良好前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0016]图1为本发明的流程示意图；
[0017]图2为桥梁测点示意图；
[0018]图3为桥梁竖向一阶弯曲模态振型示意图；
[0019]图4、5为桥梁两测点的自谱图；
[0020]图6为桥梁两测点的互谱及相位图；
[0021]图7为桥梁两测点的相干函数图。
【具体实施方式】
[0022]现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
[0023]如图1的流程图所示，基于无线模态技术的桥梁载荷冲击系数快速测量方法，包括以下步骤:
[0024]I)利用自然环境激励方式，将两个DH5907N无线模态测试模块安装于桥梁中部左右两侧测点；并对两个测点进行测点响应的时域信号采集；
[0025]安装点如图2所示；其中，DH5907N无线模态测试模块选自江苏东华测试技术股份有限公司所生产的无线模态测试模块。
[0026]2)将DH5907N无线模态测试模块测得的时域数据通过无线传输方式传输至计算机，然后通过动态信号采集分析系统计算将时域数据转化为该两个时域信号的自功率谱、互功率谱、互谱相位和相干函数；如图4-7所示。
[0027]其中，动态信号采集分析系统采用江苏东华测试技术股份有限公司所生产的DHDAS动态信号采集分析系统。
[0028]3)根据自功率谱、互功率谱的曲线的峰值、相位和相干函数确定一阶模态频率；如图3所示；
[0029]若两测点相位差接近于0°，则表示两点运动方向一致，该模态振型为一阶弯曲振型；若两测点相位差接近于180°，则表示两点运动方向相反，该模态振型为一阶扭转振型；
[0030]4)当确定了桥梁结构的一阶弯曲模态固有频率后，计算冲击系数μ:
[0031]当f<l.5Hz 时，μ = 0.05 ；
[0032]当1.5Hz 彡 f■彡 14Hz 时，μ = 0.17671η f-0.0157 ；
[0033]当f>14Hz 时，μ = 0.45 ；
[0034]式中f为结构基频，单位为赫兹Hz，即一阶弯曲模态固有频率。
[0035]以上说明书中描述的只是本发明的【具体实施方式】，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属【技术领域】的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的【具体实施方式】做修改或变形，而不背离本发明的实质和范围。
【权利要求】
1.一种基于无线模态技术的桥梁载荷冲击系数快速测量方法，其特征在于包括以下步骤: 1)利用自然环境激励方式，在桥梁一阶弯曲模态的非节点位置对称放置两个桥梁模态测试模块确定两个测点，并对两个测点进行测点响应的时域信号采集； 2)将采集到的时域信号进行傅立叶函数FFT变换，得到两个测点的自功率谱、互功率谱、相位和相干函数； 3)根据自功率谱、互功率谱的曲线的峰值、相位和相干函数确定一阶模态频率； 4)根据步骤3)中确定的桥梁结构的一阶弯曲模态固有频率，计算冲击系数μ。
2.如权利要求1所述的基于无线模态技术的桥梁载荷冲击系数快速测量方法，其特征在于:所述的步骤I)中，两个桥梁模态测试模块对称放置在桥面中心且沿桥面宽度方向。
3.如权利要求1所述的基于无线模态技术的桥梁载荷冲击系数快速测量方法，其特征在于:所述的步骤3)中，若两测点相位差接近于0°，则表示两点运动方向一致，该模态振型为一阶弯曲振型； 若两测点相位差接近于180°，则表示两点运动方向相反，该模态振型为一阶扭转振型。
4.如权利要求1所述的基于无线模态技术的桥梁载荷冲击系数快速测量方法，其特征在于:所述的步骤4)中，冲击系数μ的计算方式为:
当 f<l.5Hz 时，μ = 0.05 ；
当 1.5Hz 彡 f■彡 14Hz 时，μ = 0.17671nf-0.0157 ；
当 f>14Hz 时，μ = 0.45 ； 式中f为结构基频，单位为赫兹Hz，即一阶弯曲模态固有频率。
【文档编号】G01M99/00GK104266857SQ201410529446
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月10日 优先权日:2014年10月10日
【发明者】陈立, 缪莹赟, 沈高飞 申请人:江苏东华测试技术股份有限公司