一种桥梁影响线动态测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种桥梁影响线动态测试方法；属于土木工程应用技术领域。
【背景技术】
[0002] 桥梁影响线反应桥梁在移动单位荷载作用下的静态特性，它与频率、振型类似同 为重要的特征参数，测试实际桥梁结构影响线在桥梁检测、监测、评估等方面都很有必要。 基于车辆过桥实验的影响线动态测试方法较静载试验而言具有测试效率高、测试数据信息 量大等优点。现有影响线动态测试方法的过程一般为：
[0003] 首先，选定测试点，测试车辆过桥产生的该点动力响应；
[0004] 然后对测试所得该点动力响应进行归一化反算处理，得出相应测点在移动单位荷 载作用下的响应，但该响应一般受桥梁振动等干扰因素影响明显；
[0005] 接着采用带通滤波法或分段多项式拟合法或移动平均等方法去除振动干扰，得到 桥梁影响线。
[0006] 带通滤波法操作简单，虽然能一定程度上去除桥梁振动干扰影响，但同时也导致 影响线整体幅度及峰值等有用信息损失。
[0007] 多项式拟合法给出了影响线的描述模式，由于只针对部分信号进行研宄，做法以 偏概全，尤其对于振动干扰明显的情况容易导致影响线形状失真。
[0008] 移动平均法通过取一个振动周期数据的均值来替代中心点数据，相较滤波而言不 会导致有效幅值的损失，但对于首、末端数据则需添加虚构点来填充长度，且移动平均方法 不可避免地减小峰值点及其附近幅值。
【发明内容】
[0009] 本发明针对现有桥梁影响线动态测试方法存在的所得影响线存在幅值或形状等 方面的失真，使得测试结果与实际曲线存在偏差，甚至得不到理想影响线特征曲线等问题， 提供一种新的实桥影响线动态测试方法，以获取精度高且更能反映实际的桥梁影响线。
[0010] 本发明一种桥梁影响线动态测试方法，包括下述步骤：
[0011] 步骤一：混合函数构建
[0012] 构建由多项式函数fjx)和可调幅正弦波所对应的函数&00组成的混合函数 f(x) = ;所述fjx)表示准静态趋势项、所述f2(x)表示动态波动部分；
[0013] 步骤二：动态标定测试
[0014] 采用已知轴重、轴距和轴数的车辆，从的桥梁一端上桥并以匀速v过桥，以频率f 进行采样，得到桥上测点动力响应；所述动力响应包括动应变、动烧度；
[0015] 步骤三：归一化反算
[0016] 以步骤二所得测点动力响应为基础，通过反算法求得单位移动荷载作用下该测点 的动力响应；
[0017] 步骤四：影响线提取
[0018] 采用步骤一所得混合函数f(x)对步骤三所得单位移动荷载过桥测点动力响应， 进行最小二乘拟合，得出4 中各项的系数；然后将fjx)中各项的系数带入fjx) 中，得到fjx)的具体表达式，该具体表达式即为测点的桥梁影响线。
[0019] 本发明一种桥梁影响线动态测试方法，当所述桥梁影响线为桥梁的应变影响线 时，其动态测试方法包括下述步骤：
[0020] 步骤一：混合函数构建
[0021] 由于桥梁可分为A、B两端，选定A端为参照端，且A端为车辆上桥端，定义测点与 A端的距离为a
[0022] 构建由多项式fjx)和可调幅正弦波f2(x)组成的混合函数f(x) =fjxhfjx); 所述f\(x)表示准静态趋势项、所述f2(x)表示动态波动部分；
[0023] 所述混合函数拟合应变响应时，(X)和f2 (X)分别如下：
[0024]
【主权项】
1. 一种桥梁影响线动态测试方法，其特征在于：包括下述步骤： 步骤一：混合函数构建 构建由多项式函数A(X)和可调幅正弦波函数f2(X)组成的混合函数f( X)= !^(Xhf2(X);所述T1(X)表示准静态趋势项、所述f2 (X)表示动态波动部分； 步骤二：动态标定测试 采用已知轴重、轴距和轴数的车辆，从桥梁一端上桥并以匀速V过桥，以频率f进行采 样，得到桥上测点动力响应；所述动力响应包括动应变、动烧度； 步骤三：归一化反算 以步骤二所得测点动力响应为基础，通过反算法求得单位移动荷载作用下该测点的动 力响应； 步骤四：影响线提取 采用步骤一所得混合函数f(X)对步骤三所得单位移动荷载过桥测点动力响应，进行 最小二乘拟合，得出AUhf2(X)中各项的系数；然后将A(X)中各项的系数带入A(X)中， 得到(X)的具体表达式，即为测点的桥梁影响线。
2. 根据权利要求1所述的一种桥梁影响线动态测试方法，其特征在于：当所述桥梁影 响线为桥梁的应变影响线时，其动态测试方法包括下述步骤： 步骤一：混合函数构建 由于桥梁可分为A、B两端，选定A端为参照端，且A端为车辆的上桥端，定义测点与A 端的距离为a; 构建由多项式A(X)和可调幅正弦波；^ (X)组成的混合函数f(X) = !^(Xhf2(X);所述 A(X)表示准静态趋势项、所述f2 (X)表示动态波动部分； 所述混合函数拟合应变响应时，T1(X)和f2(x)分别如下：
式（1)中Lb表示桥梁跨度，a表示测点到桥梁A端的距离，X表示单位荷载在桥上移动 过程中，荷载到桥梁A端的距离，为变量，取值（0, Lb) ;aQ、叫、a2、a3、V V b2、b3为参数，且 a3= b 3，a2= b 2，（? - b j) / (a0-b 0) =-a； f2 (x) = (c2x2+c1x+c〇) sin (wx/v) (2) 式（2)中w表示桥梁竖向振动基频，通过测试得到，v表示车辆行驶速度，x表示单位 荷载在桥上移动过程中，荷载到桥梁A端的距离，为变量，取值（0，Lb)，与（1)式中X取值同 步，c Q、Cp。2为参数； 步骤二：动态标定测试 采用已知轴重、轴距和轴数的车辆，从步骤一中定义的桥梁A端上桥并以匀速V过桥， 以频率f进行采样，得到桥上测点动力响应； 定义 第1轴轴重为gi、第2轴轴重为g2、依次类推，第n轴轴重为gn， 第i轴与第1轴的距离为Ii, i取值（1，2,. . .，n)，其中I1= 0， 所述n代表轴数， 所述动力响应为动应变响应； 步骤三：归一化反算 以步骤二所得测点动力响应为基础，通过反算法求得单位移动荷载作用下该测点的动 力响应，所述反算法的具体过程如下： 桥梁测点实际动力响应可由单位移动荷载作用下动力响应按式（3)进行叠加得到，
式（3)中{r}表示测点实际动力响应，且{r}是行数为K的向量；{r J表示单位移动荷 载 作用下测点的动力响应，且IrJ是行数为P的向量；gi表示第i轴轴重，为已知量；[M i] KjP 表不与第i轴对应的转换矩阵，其表达为式（4)，
式⑷中 Pi= I i/vXf，P = Lb/vXf，Pn= ln/vXf，K = P+Pn，Pi、P、Pn按照四舍五入 取整数， 其中： Lb表示桥梁跨度， V表示车辆行驶速度， f表示采样频率， Ii表示第i轴和第1轴的距离， 根据式（3)-⑷求解IrJ，过程如下： 定义误差函数E
式（5)中k表示动力响应离散点，取值（0, K)，rk表示向量{r}第k行的取值， 误差函数E对IrJ求偏导后取值为0,得到式（6)
令式（7)中
则： lre}=赠①] (8) 步骤四：影响线提取 采用步骤一所得混合函数f(x)对步骤三所得单位移动荷载过桥测点动力响应IrJ进 行最小二乘拟合，分离并提取相应的桥梁影响线，其具体过程如下： 求解f(x)中各项参数 定义误差函数
其中：w表示桥梁竖向振动基频；V表示车辆行驶速度；Xp x2, x3，......，Xp是对桥长Lb 的离散，取值（〇，Lb) ;1，2,3，......，P表示离散点编号；P表示离散点总数；?￡1表示测点X = a处对应的离散点编号 不仅如此，对于分段多项式还需考虑其约束条件和分段处连续性，在计算过程中，令
结合带权重的最小二乘拟合得到系数项{>}，即求解出步骤一中fi(x)参数％、 &1、&2、 、b。、bi、bg、bg和f2 (X)参数c。、。1、。2， 将所求参数a。、a2、a3、bQ、bp b2、b3代入fJx)，cQ、CpC2代入f2(x)，得到拟合函数 f(x)，并分离准静态趋势项和动态干扰，去除拟合函数中桥梁振动干扰的影响，得到该测试 点影响线 ILQnfluence line)，即=IL = If1(X)0
3.根据权利要求2所述的一种桥梁影响线动态测试方法，其特征在于：所述频率f的 取值为50-200HZ。
【专利摘要】本发明涉及一种桥梁影响线动态测试方法；属于土木工程应用技术领域。本发明首先构建由多项式f1(x)和可调幅正弦波f2(x)组成的混合函数f(x)＝f1(x)+f2(x)，然后通过实验测得测试点的响应，经反算法求得单位移动荷载作用下该测点的动力响应{re}；最后用混合函数f(x)对所得单位移动荷载过桥测点动力响应{re}进行最小二乘拟合，分离并提取相应的桥梁影响线。本发明解决了现有桥梁影响线动态测试方法存在的所得影响线存在幅值或形状等方面的失真等难题，获取了精度高且更能反映实际的桥梁影响线。
【IPC分类】G06F19-00, G01M5-00
【公开号】CN104819813
【申请号】CN201510212858
【发明人】王宁波, 闫斌, 何立翔
【申请人】中南大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年4月29日